Biokhimia_cheloveka_Marri_tom_1 (1123306), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Имеется перевод: Страйер Л. биохимия. В 3-х т.-- М: Мир, 1985.! 0,55 нм. Однако в вытянутой полипептидной цепи расстояний, порождающих такую периодичность, найти не удавалось (рис. 5,2). Это кажущееся противоречие было устранено Полингом и Кори, предположившими, что полипептидные цепи а-кератина имеют форму а-спирали (рис. 5.3). В этой структуре К-группы при а-углеродных атомах направлены от оси спирали (рис.
5.4). На один виток спирали приходится 3,6 аминокислотных остатка, а шаг спирали составляет 0,54 нм, что близко к периодичности 0,5 — 0,55 нм, наблюдаемой на дифракционных кар'- тинах. Смещение вдоль оси, приходящееся на один остаток, равно 0,15 нм, что тоже согласуется с рентгеновскими данными. Основные характеристики и- спирали сводятся к следующему (рис. 5.5). 1. а-Спираль стабилизируется водородными связями между атомом водорода, присоединенным к атому азота пептидной группы, и карбонильным кислородом остатка, отстоящего от данного вдоль цепи на четыре позиции. 2. В образовании водородной связи участвуют все пептидные группы.
Это обеспечивает максимальную стабильность а-спирали. 3. В образование водородных связей вовлечены все атомы азота и кислорода пептидных групп, что в значительной мере снижает гидрофильность а- спиральных областей (и увеличивает их гидрофобность). 4.
а-Спираль образуется самопроизвольно и является наиболее устойчивой конформацией полипептидной цепи, отвечающей минимуму свободной энергии. 5. В цепи из 1:аминокислот правая спираль, обычно обнаруживаемая в белках, намного стабильнее левой. Гхавтт 5 Таблица 5.3. Влияние различных аминокислот на формиро- вание а-спирали Способствуют Рго Ну когда соседние полипептидные цепи складчатого рслоя идут в противоположных направлениях (за положительное принимается направление от Х- к С- концу), структуру называют аптнпараллельным складчатым !3-слоем (она изображена на рис.
5.6). Когда соседние цепи идут в одном направлении, структуру !3-слоя называют параллельной (на рисунке не показана). Области складчатой !3-структуры имеются во многих белках, причем встречается и параллельная, и антипараллельная форма. В формировании таких Рис. 5.6.
Антипараллельный складчатый !3-слой. Направление соседних цепей взаимно противополтпкно. Структуру стабилизируют водородные связи между !ЧН- и СО- группами соседних цепей. Боковые группы (В) располагаются выше или ниже плоскости слоя. Черные кружкн— атомы углерода, серые — атомы азота, светлые — атомы водорода. (Из книги Я!гуег Ь. В(ос!теппзггу, 2пт! ет!., Ггеетпвп, 1981, с изменениями.) Рне. 55.
Структура а-спирали. а-Спиральная конформация во многом определяется характером В-групп н стабилизируется водородными связями между атомами Н и О (показаны пунктирными линиями). (Воспроизведено с разрешения из книги Найк|в О.Н. е! а1., 1птгси)псйоп !о Мо!есп!аг В!о!оку, М!еу. 1964.! Некоторые аминокислоты препятствуют свертыванию цепи в а-спираль, и в месте их расположения непрерывность а-спирали нарушается. К ним относятся пролин (в нем атом азота служит частью жесткой кольцевой структуры, и вращение вокруг связи Х вЂ” С.
становится невозможным), а также аминокислоты с заряженными или объемными В-группами, которые злектрос'гатически или механически препятствуют формированию а-спиралн (табл. 5.3). Складчатый р-слой Полинг и Кори предложили и другую упорядоченную структуру — складчатый !3-слой (обозначение ~3 указывало, что предложенная ими структура является второй после а-спнрали).
В то время как в а-спирали'полипептндная цепь находится в конденсированном состоянии, в складчатом !3-слое цепи почти полностью вытянуты (рис. 5.6). В тех случаях, А1а Азп Сух О1п НВ 1.еы Мег Р)те 1гр Туг Уа! Дестабилизируют Препятствуют Агя Азр О)и О(у Ьуз Ве Бег Тйг 47 Белки: структури и свийстви Вторичная структура Рве. 5.7. Схематическое изображение укладки цепи в молекуле бычьей панкреатической рибонуклеазы- — единой последовательности из 124 остатков.
Структура стабилизирована четырьмя поперечными дисульфндными связями. Область а-спирвли выделена овальным пунктирным контуром, область складчатого слоя затенена. Другие части структуры имеют нерегулярную конформяцию. Локализацию активного центра (гл. 8) указывает ион РО~,. (Из работы Квг(йв О., Ве1!о.)., Нагкег О.: Тегйигу з(пк(пге о( пЬоппс(сазе.
Яа(иге 19б7:2!3:8б2.) Этот белок удалось синтезировать чисто химическим путем. структур могут участвовать от двух до пяти соседних полипептидных цепей. На рис. 5.7 представлен участок молекулы рибонуклеазы, в котором складчатая р-структура образована тремя участками полипептидной цепи. Во многих белках одновременно имеются и а-спирали, и складчатая )3-структура (рис. 5.7).
В а-спирали сгабилизирующие водородные связи образуются между пептидными группами, отстоящими одна от другой вдоль цепи на четыре остатка, а складчатая !)-структура формируется благодаря образованию водородных связей между пептидами, удаленными по цепи намного дальше. Это обстоятельство также иллюстрирует рис. 5.7. Неупорядоченная конформацня (клубок) Те участки белковой молекулы, которые не относятся к спиральным или складчатым структурам, обычно называют неупорядоченными Как показано на рис.
5.7, в такой конформации может находиться значительная часть белковой молекулы. Термин «неупорядоченный» не вполне удачен: создается впечатление, что это указывает на меньшую биологическую значимость таких участков по сравнению с высокоупорядоченными периодическими. В то же время с точки зрения биологической функции неупорядоченные, нерегулярные участки столь же важны, как и а-спнрали и складчатые )3-слои.
УРОВНИ СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ БЕЛКА Первичная структура Под первичной структурой, уже знакомой нам из главы о пептидах (гл. 4), понимается последовательность аминокислот в полипептидной цепи (или цепях) и положение дисульфидных связей, если они имеются, На этом структурном уровне описываются стерические взаимосвязи между расположенными близко друг к другу вдоль цепи аминокислотами. Вторичная структура может быть регулярной (а-спираль, складчатый )3-слой) или не обнаруживать никаких признаков регулярности (неупорядоченная конформация). Третичная структура Общее расположение, взаимную укладку различных областей, доменов и отдельных аминокислотных остатков одиночной полипептидной цепи называют третичной структурой данного белка.
Четкой границы между вторичной и третичной структурами провести нельзя, однако под третичной структурой понимают стерические взаимосвязи между аминокислотными остатками, далеко отстоящими друг от друга по цепи. Четвертичная структура Если белки состоят из двух и более полипептидных цепей, связанных между собой нековалентными (не пептидиыми и ве дасульфидными) связями, то говорят, что они обладают четвертичной структурой. Такие агрегаты стабилизируются водородными связями и электростатическими взаимодействиями между остатками, находящимися на поверхности полипептидных цепей. Подобные белки называют олнгомерами, а составляюшие их индивидуальные полипептидные цепи — иротомерами, мономерама илн субъединицамы. Многие олигомерные белки содержат два или четыре протомера и называются димерами или тетра- мерами соответственно.
Довольно часто встречаются олигомеры, содержащие более четырех протомеров, особенно среди регуляторных белков (пример— транскарбамоилаза). Олигомерные белки играют особую роль во внутриклеточной регуляции:их протомеры могут слегка менять взаимную ориентацию, что приводит к изменению свойств олигомера, Наиболее изученный пример — гемоглобин (гл. 16). 48 Глава 5 Роль первичной структуры в формировании более высоких уровней структурной организации белка Вторичная и третичная структуры белка формируются самопроизвольно и определяются первичной структурой его полипептидной цепи.
Параллельно синтезу цепи происходят ее локальное свертывание (образование вторичной структуры) и специфическая агрегацня свернутых участков (формирование третичной структуры). Эти процессы детерминнруются химическими группами, отходящими от атомов а- углерода соответствующих остатков. Например, обработка мономерного фермента рибонуклеазы мягким восстанавливающим агентом ())-меркаптоэтанолом) и денатурирующнм агентом (мочевиной или гуанидином; см.
ниже) приводит к инактивации белка и переходу его в неупорядоченную конформацию. Если медленно удалять денатурирующий агент и осуществлять постепенное реокисление, то вновь образуются Б — 8-связи и практически восстанавливается ферментативная активность. Нет никаких оснований думать, что существует независимый генетический контроль за формированием уровней структурной организации белка вьппе первичного, поскольку первичная структура специфически определяет и вторичную, и третичную, и четвертичную структуру (если она имеется) — т.е.
копформацию белка. Нативной конформацией белка, в частности рибонуклеазы, по-видимому, является термодинамически наиболее устойчивая структура в данных условиях, т.е. при данных гидрофильных и гидрофобных свойствах среды. Структура белка после его синтеза может модифицироваться (посттрансляцио нный процессинг); так, часто наблюдается превращение препрофермента в каталически активную форму или удаление «лидерной» последовательности, детерминирующей транспорт белков через мембраны (гл.
42). Макромолекулпрные белковые комплексы Полифункциональные макромолекулярные комплексы, образующиеся в результате агрегации различных функциональных белков, каждый из которых обладает всеми четырьмя уровнями структурной организации, функционируют в цепи транспорта электронов (гл. 12), участвуют в биосинтезе жирных кислот (гл. 23) и метаболизме пирувата (гл. 18).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
