Конформація глобулярних білків
Термін конформація стосовно білкам використовується для опису просторового розташування (всієї цілком або окремих ділянок) поліпептидного ланцюга, здатної змінювати своє положення в просторі без розриву ковалентного скелета завдяки вільному обертанню навколо вуглець-вуглецевих зв'язків.
Вторинна структура - це впорядкована просторове розташування (конформація) окремих ділянок поліпептидного ланцюга. Вона утворюється за рахунок замикання водневих зв'язків між пептидними групами, тобто між воднем іміногрупи і киснем карбонільної групи. Вторинна структура представлена такими регулярними структурами як a-спіраль, b-складчасті шари, b-вигин. Частина поліпептидного ланцюга не має впорядкованої структури, такі ділянки називають аморфними або безструктурними областями. Той чи інший вид вторинної структури визначається первинною структурою даної ділянки поліпептидного ланцюга і є термодинамічно найбільш вигідним при заданих біологічних умовах.
a-спіраль характеризується гранично щільним упакуванням поліпептидного ланцюга. Туго скручений хребет поліпептидного ланцюга утворює стрижень. Радикали амінокислотних залишків звернені назовні і розташовані по різні боки від її осі (рис.1.1).
Неполярні радикали амінокислотних залишків зазвичай групуються на одній стороні a-спіралі, утворюючи неполярні дуги: це створює умови для зближення різних спіральних ділянок. У природних білках існують лише правозакрученной a-спіралі, що викликано наявністю в білках амінокислот L-ряду.
a-спіраль стабілізується водневими зв'язками, що виникають між киснем карбонільних груп і воднем іміногрупи, розташованих на сусідніх витках спіралі. Кожна карбонильная група утворює водневий зв'язок з четвертої по ходу NН- групою. В a-спіралі все водневі зв'язку приблизно паралельні осі спіралі. Сприяють утворенню a-спіралі гли, АЛА, ЛЕЙ. Питома вага спіраль ділянок в білках різний. Так, поліпептидні ланцюга міоглобіну на 80% представлені у вигляді a-спіралі, в інсуліні спирализованную лише 50% ланцюгів, хімотрипсин їх не містить зовсім
Рис 1.1 Ділянка a-спіральної структури білка
b-структура. Л. Полінга і Корі відкрили інший варіант періодичної структури, який вони назвали b-складчастими шарами. Цей варіант вторинної структури відрізняється тим. що має плоску, а не стержневідной форму. Поліпептидні ланцюги в b-складках майже повністю витягнуті, а не туго скручені, як в a-спіралі. Складчасті ділянки ППЦ прагнуть розташуватися поруч в білкової молекулі, формуючи складчасті шари або стрічки.
Більшість складчастих структур містить менше 6 шарів. Прилеглі ділянки ППЦ в складчатом шарі можуть мати однакову векторність (паралельний b-шар) або йти в протилежних напрямках (антипаралельними b-шар). Радикали амінокислотних залишків перпендикулярні площині шарів, причому ці радикали орієнтовані то по один, то по інший бік цієї площини. Формуванню b-структури сприяють такі амінокислоти як МЕТ, ВАЛ, ГЛИ, ПРО.
b-вигин - це поворот ППЦ на 180 градусів. Він утворюється за рахунок водневого зв'язку в результаті взаємодії кисню карбонільної групи одного залишку і водню іміногрупи іншого амінокислотного залишку. Глобулярні білки мають компактну кулясту конформацію завдяки тому, що ППЦ робить багато b-вигинів. Формуванню b-вигинів сприяють залишки проліну.
Аморфні (безструктурні, невпорядковані області) це ділянки ППЦ, що характеризуються нерегулярною структурою, яка також утримується завдяки водневим зв'язкам.
Супервторічная структура. a -спіральні і b-структурні ділянки в білках можуть взаємодіяти один з одним і між собою, утворюючи ансамблі. Просторова будова таких ансамблів вторинної структури називають над- або супервторічной структурою. Наприклад, - суперспіралізованная a-спіраль, в якій дві a-спіралі накручені одна на іншу.
Домени. Вони являють собою структурно і функціонально відокремлені області молекули, з'єднані один з одним короткими ділянками поліпептидного ланцюга, які називаються шарнірними ділянками.
Третинна структура характеризує просторове розташування упорядкованих і аморфних областей ППЦ в цілому, тобто описує просторову укладання (конформацію) всієї білкової молекули, якщо вона представлена однією ППЦ. Третинна структура обумовлена зближенням і взаємодією радикалів амінокислотних залишків, далеко віддалених один від одного в лінійній послідовності ППЦ.
Глобулярні білки характеризуються компактною упаковкою ППЦ. При цьому неполярні радикали амінокислотних залишків, що не мають спорідненості до води, локалізовані в основному усередині глобули і формують одну або кілька гідрофобних областей (ядер) в центрі білкових глобул. Більшість полярних радикалів знаходиться на поверхні глобули в гідратованому стані і звернено в бік водного оточення. На поверхні глобули може перебувати також невелика кількість неполярних радикалів, де вони, накопичуючись, утворюють гідрофобні кластери або "липкі" зони. Таким чином, в цілому поверхня білкової глобули мозаїчна: в основному гідрофільна, але містить і неполярні ділянки.
Третинну структуру стабілізується наступні види зв'язків:
1 Ковалентні зв'язку (дисульфідні)
а) гідрофобні зв'язку
б) водневі зв'язки
1. Дисульфідний зв'язок (дисульфідних місток) утворюється за рахунок взаємодії (окислення) SН-груп радикалів ЦІС всередині однієї поліпептидного ланцюга (внутріцепочная дисульфідний зв'язок) або між різними поліпептидними ланцюгами (межцепочечних дисульфідний зв'язок).
Нековалентні ЗВ'ЯЗКУ, ХАРАКТЕРНІ ДЛЯ БІЛКОВОЇ МОЛЕКУЛИ.
1. Гідрофобні взаємодії між зближеними гідрофобними (неполярними) радикалами амінокислотних залишків (ала, вал, лей, мулі, три, фен, про, гли, мет). (Рис.1.2)
2. Сольові або іонні зв'язки виникають між бічними радикалами амінокислотних залишків, що мають протилежні заряди внаслідок дисоціації карбоксильної групи і протонирования аминогрупп. В якості основних (позитивно заряджених) груп можуть виступати e-аминогруппа ліз, гуанідинового група арг, імідазольна група гис, (один з атомів азоту імідазольної групи володіє основними властивостями, інший - кислотними). Крім гистидина як кислотних (негативно заряджених груп) виступають вільні карбоксильні групи асп і глу.
Нативная конформація найбільш енергетично вигідний стан. Третинна структура визначається первинною структурою ППЦ, таким чином можна говорити про генетичну детермінованість третинної структури.
Мал. 1.2 Зв'язки, що стабілізують третинну структуру білка. I - іонна зв'язок, II - воднева зв'язок, III - гідрофобні зв'язку, IU - дисульфідний зв'язок.
Четвертичная структу описує взаємну орієнтацію двох або декількох ППЦ в молекулі білка, синтезованих незалежно один від одного. Білки з четвертинної структурою називаються олигомерами, а складові їх поліпептидні ланцюга - протомеров або субодиницями. Субодиниці олігомерних білків можуть бути однаковими або різними. Вони мають буквене позначення, найчастіше до складу олігомерів входить парне число протомеров. Четвертичная структура залежить від первинної, вторинної та третинної структур складових її субодиниць. Формування четвертичной структури відбувається за типом самозборки без участі ферментів.
Четвертичная структура стабілізується в основному гідрофобними зв'язками, завдяки наявності на поверхні субодиниць гідрофобних «липких» зон. Білками з четвертинної структурою є гемоглобін (4 субодиниці), імуноглобуліни (дві легкі і дві важкі ланцюги), скоротливий білок міозин (2 важкі і 4 легкі ланцюги). Ферменти з четвертинної структурою виконують особливу регуляторну функцію.
Присутність великої кількості різних олігомерних білків усередині клітини знижує осмотичний тиск в ній і в'язкість. Олігомерні білки добре регулюються різними ефекторами. Біологічний сенс олігомерного білків пов'язаний також з тим, що для їх кодування потрібно менше генетичного матеріалу, якщо всі або деякі субодиниці молекули є ідентичними. У олігомерних білків існує менша ймовірність виникнення дефектних молекул.