Biokhimia_cheloveka_Marri_tom_1 (1123306), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Повышено содержание Ст1у. А1а. Рго Белли: структура и свайсгпва 43 классами не существует. Например, четкое разграничение между альбуминами и глобулинами невозможно, если исходить только из их растворимости в воде и солевых растворах. Поэтому глобулнны подразделяют на псевдоглобулины, легко растворимые в воде, и эуглобулины, нерастворимые в воде, свободной от солей.
Форм» молекул Если исходить из отношения осей (продольной и поперечной), можно выделить два больших класса белков. У глобулярвых белков отношение составляет менее 10 и в большинстве случаев не превышает 3— 4. Они характеризуются компактной укладкой полипептидных цепей. Примерами служат инсулин, альбумины и глобулины плазмы, многие ферменты.
Фибрилляриые белки, у которых отношение осей превышает 10, состоят из пучков полипептидных цепей, спирально навитых друг на друга и связанных между собой поперечными ковалентными или водородными связями. Примерами служат кератин. миозин, коллаген и фибрин. Физические свойства Для ряда белков, представляющих медицинский интерес, существуют специализированные системы классификации, позволяющие устанавливать разли- Таблица 5.2. Основныс функции бслков Белки Фуикция Каталитичсская Сократитсльиая Регуляция работы генов Гормональная Зашитная Фсрмситы Актии, миозин Гистоиы, исгистоиовыс ядерные белки Инсулин Фибрии, иммуиоглобулииы, иитсрфсрои Кальмодулии Коллагеи, эластии, ксратины Альбумпиы (псрсиосят бил ирубии, жирные кислоты и т.д.), гемоглобин (кислород), лип опротсииы (различиыс липиды), трансферрии (жслсзо) Регуляторная Структурная Транспортная Функции Белки можно классифицировать в соответствии с их биологическими функциями; например, можно подразделить белки на структурные, каталитические и транспортные (табл.
5.2). В свою очередь каталитические белки (ферменты), которые включают большинство различных типов белков, можно подразделить в соответствии с типом катализнруемой ими реакции (гл. 7). чия в пределах семейств сходных белков. Например, широко используются две и обсуждается третья система номенклатуры липопротеинов плазмы. В первой системе липопротеины классифицируют в соотвегствии с их поведением в электрическом или гравитационном поле; так, на основе электрофоретической подвижности при рН 8,6 различают «стартовые» а,-, а,-, 13- и у-липопротеины.
Вторая система классификации липопротеинов основана на их плотности в гидратированном состоянии; в этом случае различают хнломнкроны, ЛПОНП, ЛПНП, ЛПВП и ЛПОВП (гл. 26). Возможен и третий тип классификации, основанный на первичной структуре апобелков. В этой системе различают шесть классов липопротеинов плазмы, характеризующихся присутствием апобелков А, В, С, Р, Е и Г соответственно. Апобелки можно различать, используя иммунологические критерии.
Трехмерная структура Белки можно разграничивать и на основании того, имеют лн они четвертичную структуру (см. ниже). Кроме того, ценной основой для классификации белков служит структурное сходство ряда белков, выявляемое главным образом с помощью ренттеновской кристаллографии. Например, белки, связывающие нуклеотиды, обычно характеризуются присутствием в их третичной структуре «нуклеотидсвязывающего домена» н, возможно, являются эволюционно родственными белками. СВЯЗИ, ОТВЕТСТВЕННЫЕ ЗА ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ БЕЛКА Первичная структура белков формируется в результате соединения 1.-а-аминокислот нептидными связями. Об этом свидетельствует множество различных данных, однако наиболее убедительным доказательством стал химический синтез инсулина и рибонуклеазы, осуществленный путем последовательного соединения аминокислот пептидными связями.
Структура большинства белков стабилизируется двумя классами прочных связей (пептндных и дисульфидных) и тремя классами слабых связей (водородных, гндрофобных и электростатических, т, е. солевых). Жесткость пептидной связы В структурных формулах пептидов связь между карбонильной группой и атомом а-азота изображается как одинарная, однако на самом деле эта связь между атомами углерода и азота носит характер частично двойной связи (рис.
5.1). Свободное вращение вокруг нее невозможно, и все четыре атома на рис. У"лава 5 О О И ! С С Ь1 ! Н Н ! ~ — — О.эв нм — — ~~ Прочность связей Рис. 5.1. Резонансная стабилизация пептидной связи придает ей характер частично двойной связи; этим объясняется жесткость связи С вЂ” 1Ч.
5.1 лежат в одной плоскости (компланарны). Вращение же вокруг остальных связей полипептидного остова, наоборот, достаточно свободно. Это положение иллюстрирует рис. 5.2, где связи, вокруг которых возможно свободное вращение, охвачены круглыми стрелками, а группы компланарных атомов затенены. Эта полужесткость ведет к важным последствиям, сказывающимся на более высоких уровнях структурной организации белка.
Межцепочечные и внутрицепочечные поперечные дисульфидные связи Дисульфидная связь образуется между двумя остатками цистеина и «сшивает» два участка полипептидной цепи (нли цепей), которым принадлежат Рис. 5.2. Параметры полностью вытянутой полипептидной цепи. Четыре атома, расположенные в затененных областях, компланарны и образуют пептидную связь. В незатененных областях находятся атом а-углерода, атом а- водорода и а-К-группа соответствующей аминокислоты. Вокруг связей, соединяющих а-углерод с а-азотом и акарбонилом, возможно свободное вращение (показано стрелками). Таким образом, вытянутая полипептидная цепь — это полужесткая структура, в которой две трети атомов остова.
(если рассматривать атомы по группам, образующим пептидную связь) занимают друг относительно друга фиксированное положение и находятся в одной плоскости. Расстояние между соседними атомами а-углерода 0,3б нм. Показаны также другие межатомные расстояния и валентные углы (они неэквивалентны). (С разрешения, из работы Рап!(пй 1., Согеу К. В, Вгапвоп Н. К.: ТЬе нгисшге оГ ргоге)па Тво Ьудгойеп-Ьопдед Ье1)са! сопбйцгаИопз оГ!Ье ро(урерпое сЬаш. Ргас. )уаИ.
АсЫ..эсг. 0ЯА .1951:37:205.) эти остатки. Эта связь остается стабильной в тех условиях, прн которых белок обычно денатурнрует, Обработка белка надмуравьиной кислотой (окисляющей связи Б — Б) или 13-меркаптоэтанолом (восстанавливающим связи Б — Б с регенерацией двух остатков цистеина) приводит к разделению полипептидных цепей, связанных днсульфидными связями; нх первичная структура прн этом не затрагивается (см. рнс. 4.10). Стабилизация нолипентндов межцепочечными и внутриценочечными водородными связями Водородные связи образуются 1) между группами, входящими в состав боковых цепей н способными к формированию водородных связей; 2) между атомами азота и кислорода, принадлежащими пептидным группам остова; 3) между полярными остатками, расположенными на поверхности молекулы белка, и молекулами воды. Все они играют важную роль в стабилизации вторичной, третичной и т.д.
структур белка (см. разд. «а-Спираль» и «Складчатый 13-слой»). Гндрофобные взаимодействия Неполярные боковые цепи нейтральных аминокислот в белках имеют тенденцию к ассоциации. Стехиометрические соотношения при этом не соблюдаются, так что никаких связей в обычном смысле не возникает. Тем не менее эти взаимодействия играют важную роль в поддержании структуры белка. ЭлектростаТические связи Эти солевые связи возникают мемеду разноименно заряженными группами, входящими в состав боковых цепей аминокислот.
Например, еаминогруппа лизина прн физиологических рН несет заряд + 1, а карбоксильная группа аспартата или глутамата в составе боковой цепи несет заряд — 1. Следователльно, эти группы могут электростатически взаимодействовать, стабилизируя структуру белка. В ходе денатурацни белков (например, при обработке мочевиной или додецилсульфатом натрия в присутствии избьггка ионов Н' и ОН-) водородные и гидрофобные связи, а также связи электростатической природы разрушаются, а пептидные и дисульфидные сохраняются. Белки: структура и свойства УПОРЯДОЧЕННЫЕ КОНФОРМАЦИИ ПОЛИП ЕПТИДОВ а-Спираль Основополагающим моментом в нашем понимании принципов организации белков послужило выявление того факта, что полипептидные цепи могут находиться в высокоупорядоченной конформации, стабилизируемой водородными связями между пептидными группами.
Впоследствии существование подобных высокоупорядоченных структур было многократно подтверждено данными ретгеноструктурного анализа кристаллов белков при высоком разрешении, однако вначале концепция носила чисто теоретический характер. Согласно рентгенографическим данным, полученным в начале 1930-х гг., а-кератины волос и шерсти обладают продольной периодичностью 0,5— ш о,ав !з.в в 0.1$ нм Рис. 5.3.
Расположение атомов остова пептидной цепи от- носительно оси а-спирали. О,бе Рис. 5А. Вид а-спирали сверху.  — боковые цепи, выступающие из спирали. Вандерваальсовы радиусы атомов значительно больше, чем зто представлено на рисунке, поэтому внутри спирали почти не остается свободного пространства. (Воспроизведено с небольшими изменениями из книги Яггуег ! . В|оспеш1зггу, 2пс! ед., Ггеешап„!98!.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
