Osnovy_biokhimii_Uayt_tom_1 (1123309), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Г1оэтому, прежде чем приступить к подробному изложению основ химии белка, полезно рассмотреть некоторые основные принципы структурной организации, функционирования н самосборки белков. ' В научной Литературе на русском языке чаще используют термин «белок».— Прям. перса. е Белюь ! 4.1. Основные структурные особенности 4.1.1. Ковалентная структура Белки представляют собой макромолекулы с молекулярными массамн от 5000 до многих миллионов.
В каждой полимерной белковой молекуле в качестве строительных блоков выступают а-аминокислоты. а-Аминокислоты содержат у одного атома углерода (а-углеродного атома) и аминогруппу, и карбоксильную группу: 1ЧНг К вЂ” С вЂ” СООН ! Н Обычно в белках встречаются 20 а-амннокислот, различающихся структурой Й-группы, которая может быть гидрофнльной или гидрофобной, основной, кислой или нейтральной. В белках аминокислоты связаны пептидныли связями, которые представляют собой амидные связи, образованные а-карбоксильными и а-аминогруппами соседних аминокислотных остатков, как показано ниже (в рамки заключены пептидные связи): гг — — г г — — 1 ~О ~ К ~ 1 ~О ~ К К' О К' --г Построенные таким образом полимеры называют пептидами, а приставки ди-, три-, тетра- н т.
д. соответствуют числу остатков в их молекулах (дипептид содержит два остатка, трипептнд — три остатка и т. д.). В отличие от небольших олигопептидоа полипептидали обычно называются вещества, содержащие 20 или более аминокислотных остатков. Полипептидные цепи белков включают еще большее число остатков (примерно от 50 до 2500, в зависимости от природы белка). Возможно множество вариантов последовательностей аминокислот в полипептидной цепи. Так, для 20-членного пептида, состоящего нз различных аминокислот, сугцествует 201 (т. е. -2 10") возможностей их взаимного расположения.
Очевидно, что в живей природе реализуется толью незначительная доля возможных изомеров белков. Е ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ КЛЕТКИ 4Л.2. Трехмерная структура Если бы пептидные связи были единственным фактором, определяющим структуру белков, то пространственная организация любого из них носила оы случайный характер. Понятно, что это не так; полнпептидные цепи белков обладают специфической трехмерной структурой, которую называют конформацией белка. Точная конформация белка определяется его ампнокислотной последовательностью и стабилизируется нековалентными взаимодействиями между группами пептидных связей, а также между К-группами некоторых остатков в полипептидной цепи. К таким нековалентным взаимодействиям относятся в первую очередь водородные связи, а также гидрофобные взаимодействия между неполярными алифатическимн н ароматическими К-группамн.
Типично образование водородных связей между кислородом карбонпльиой гр>ппы и амндиой группой псптидных связей: С=О. ° .ХН Многие другие типы водородных связей образуются между этими же атомами и некоторыми полярными К-группами. Гидрофобные взаимодействия возникают вследствие стремления неполярных боковых цепей избежать соприкосновения с водой подобно тому, как это имеет место у липидов (гл.
3). Водородные связи так же, как и гидрофобные взаимодействия„сами по себе намного слабее ковалентных, но вследствие реализации большого числа таких связей в молекуле белка имеется достаточно энергии для стабилизации его конформации в условиях клетки. На рис. 4.1 приведена структура белка питохрома с, принцип построения которого типичен для многих детально изученных белков. Внутри глобулы белка имеется много водородных связей, а также алифатнческих и ароматических К-групп, между которыми возникают гидрофобные взаимодействия. Внутренние гидрофобиые Области молекулы обычно не содержат воды.
В этих областях очень прочны электростатические взаимодействия, хотя они возникают намного реже, чем водородные связи или гидрофобные взаимодействия. Поверхность молекулы в основном гидрофильна, а многие полярные группы, включая положительно н отрицательно заряженные К-группы аминокислот, гидратировамы и находятся в контакте с молекулами воды, окружающими белок. Таким образом, поверхность глобулы белка может быть нейтральной или обладать суммарным положительным пли отрицательным зарядом в зависимости от рН растворителя, а также количества и природы иоиогенных групп в белке. В настоищее время невозможно предсказать кояформацию белка, исходя только из знания его аминокислотной последовательности.
Однако следует отметить, что кон- а Б!'лки. ! Рнс. 4.1. Структурная модель белка цитохрома с. В аминокислотах отмечены только положении а-углеродных атомов! К-группы аминокислот ие показаны, за исключением двух остатков цистеина, а также остатков метионина и гнстидина, которые снязаны с простетической группой — гемон (гл. 31). Стержнямн изображены расстояния между и-углероднымн атомамн.
Отдельные аминокислотиые остатки пронумерованы, начиная с ИНз-концевого (А наверху) и заканчивая СООН-концевым (!04, справа внизу). Атом железа в молекуле бслна расположен в простетической группе (гене), которая связана ковалентно с полнпептндной цепью посредством К-группы цистеина. Лиганды атома железа в теме †се остатка Ме1-80 и азот имндазольного кольца остатка Нйь!8. (О1сйегзоп К. Е„ 7!тйоп!сй К., (п: ТЬе Епгугпез, Вауег Р. О. еб., чо1.
Х1, р. 407, Асадеппс Ргсзв, 1пс., Нем Уог(ь !975.] 7 — 1148 к Основные компонннты клетки 96 Рис. 4.2. Схематическое изображение структуры гемоглобина, показываюп!ее конформацию двух а- и двух р-цепей. а также их пространственное взармораспозожение. Латинскими буквами обозначены участки полипептцпных цепей, имеюшие конформацнониое сходство. Обе и-цепи (как и обе р-цепи) идентичны, и индексы 1 и 2 используютса только длн удобства.
диаметр молекулы составлнет -6,4 нм. Затемненные примоугольники — темы каждой из цепей (гл. 31.). (Р)сйлгзоп Р. Е., Реи Д, Тпе 51гнс1пге апд Аспоп о1 Рго1с!пз, р. 66, Негрег 6 когч, Рпы!з!гегз, 1и- согрога!ед, Меж Уогк, !969.1 формации, обнаруженные в белках с различными аминокислотными згоследовательностями, представляют собой наиболее энергетически выгодные и стабильные пространственные структуры для любого данного белка с его уникальной последовательностью. Белки являются не статическими, а динамическими структурами, которые могут претерпевать некоторые конформационные изменения в процессе биологического функционирования.
Кроме того, К-группы амннокислотных остатков, расположенных на поверхности белковой глобулы, могут обладать значительной свободой движения в растворителе, окружавшем молекулу. Некоторые белки состоят только из одной полипептпдной цепи, тогда как другие содержат две или более такие цепи, соединенные ковалентныии или нековалентными связями. Примером может служить гемоглобин человека„содержащий четыре цепи, различающиеся по аминокнслотной последовательности, в том числе две а-цепи (141 аминокислотный остаток) и две (з-цепи (146 остатков). Структура итого белка схематически изображена на рис. 4.2. Цепи удерживаются вместе с аомошью таких же нековалентных взаимодействий, которые поддерживают конформацию одной полипептидяой цепи е Белки.
1 с негсинное сосоюянне денетнрнооеенное сосеояние Рнс. Пз. Схеметняесяое иэображение Конформации нэтннного белка н процесса его денетурецнн. В соотестствуэнцнх условиях денетурецнн обратима. Буяны Х н С относятся соответственно к МНэ- н СООН-концевым остаткам. 4.1.3. Биологическая активность и структура белка Специфические биологические функции белков, например ферментов пли гормонов, зависят от их конформации, нарушения ко« торой могут вести к потере биологической активности.
Поэтому о белке, обладающем нормальной конформацией, говорят, что он находится в нативном (естественном) состоянии, а нативный белок †э белок, который обладает конформацией, обусловливающей специфическую биологическую функцию молекулы. Давольно мягкие изменения фнзнческкх условий, в том числе изменение рН, температуры пли обработка водными растворами некоторых органических веществ (детергентав, этанола, мочевины или гуанидннгидрохлорида), могут нарушить эту конфармацню. В белках, подвергнутых таким воздействиям, происходит денагурация. Денатурированный белок существенным образом отличается по своей конформации от нативиого белка и лишен биологической активности. Процесс денатурацни схематически показан на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
