Osnovy_biokhimii_Nelson_i_Kokh_tom_1 (1123313), страница 55
Текст из файла (страница 55)
Кроме того, образование водородных связей между группами белка в повторяющихся вторичных структурах является кооперативным процессом (т. е. образование одной связи повышает вероятность образования следующей связи), как это показано ниже. Таким образом, водородные связи часто вносят важный вклад в процесс укладки белка. Стабилизировать нативную конформацию некоторых белков могут также взаимодействия между противоположно заряженными группами, образующими ионные пары (соленые мостики). Как и в случае водородных связей, в развернутой молекуле белка заряженные боковые цепи аминокислот взаимодействуют с водой и с солями, так что прекращение этих взаимодействий следует учитывать при оценке вклада солевых мостиков в стабильность упакованного белка.
Однако прочность солевых мостиков возрастает при переходе к средам с меньшей диэлектрической проницаемостью (см. с. 77): от полярных водных сред (е около 80) к неполярной среде внутри белка (е около 4). Таким образом, солевые мостики, особенно те, что скрыты частично или полностью, могут играть важную роль в стабилизациии структуры белка. Этот факт объясняет большое распространение скрытых соленых мостиков в белках термофильных организмов.
Ионные взаимодействия также ограничивают подвижность белковой структуры и придают сй определенную уникальность, которую неспецифические гидрофобные взаимодействия обеспечить не могут. Большинство типов белковых структур, обсуждаемых в данной главе, демонстрируют два простых правилж 1) гидрофобные аминокислотные остатки в значительной степени убраны внутрь молекулы белка для минимизации контакта с водой; 2) в молекуле белка реализуется максимальное число водородных связей. Нерастворимые и мембраносвязапные белки (которые являются предметом обсуждения в гл.
1!) подчиняются несколько другим правилам, что связано с их функциями и их окружением, но и на их структуру слабые взаимодействия оказывают решающее влияние. Пептидные связи обладают жесткостью и плоской конфигурацией $ архитектура белка — первичная структура. Число возможных конформаций полипептида ограничивают также ковачентные связи.
В коппс 1930-х ст. Лайнус Полинг и Роберт Кори предприняли серию исследований„на основе которых сформировались наши нынешние представления о структуре белка. Они начали с тщательного изучения структуры пептидной связи. Лайнус Поляне, 1901-1994 Роберт Кори, 1897 — 1971 Известно, что О-атомы двух соседних аминокислот разделены тремя ковалентными связями, расположенными в порядке ф— С вЂ” !Ч вЂ” С,. Исследования кристаллов аминокислот и простых дипептидов методом рентгеновской дифракции показачи, что пептидная связь С вЂ” Х несколько короче, чем связь С вЂ” Х в простых аминах, и что атомы, участвующие в образовании пептпдной связи, кош|анарны (т. е.
лежат в одной плоскости). Это означает наличие резонанса или частичного обобществления двух пар электронов между карбонильным кислородом и амидным азотом (рис. 4-2, а). Кислород имеет частичный отрицательный заряд, а азот — частичный положительный заряд, в результате чего возникает слабый электрический диполь. Шесть атомов, участвующих в образовании пептидной группы, лежат в одной плоскости, причем атом кислорода карбонильной группы и атом водорода амидной группы 4.1 Обзор белковых пруктур (175] Оь О 1 ) Н Н Кнглорол кзрбоннльной группы цссст частичный отрицательный заряд, э эмидный азот — частичный нодожнтсльный заряд, в результате чего между ними возникает слабое электрическое днпольное взаимодействие.
Фзкгнческн нсе пентндные связи н белках располагаются н цолобной транс-конфигу- рации; исключение см. на рнс. 4-7, б. О .С. Са.. Са ! Н нец ззво' 120' ово 60" -60 Рис. 4-2. Плоская струкгура пептидиой связи. а) Каждая пептидная связь из-за наличия резонанса до некоторой степени имеет характер двойной связи, и поэтому вращения вокруг нее не происходит. б) Соседние сг-атомы в полипегпидной цепи разделяют три связи. Пептидная связь И вЂ” С не допускает свободного вращения. Связи И вЂ” С„и ф— С способны поворачиваться; их углы поворота обозначают соответственно букваии ф и зр. Вращение других одинарных связей может быть затруднено из-за большого размера или заряда К-группы.
в) Атомы и плоскости, определяющие угол зр. г) По договоренности углы ф и зр составляют 180' (или -180'), когда первый и четвертый атомы максимально удалены друг от друга, а пептидная цепь полностью растянута. Если смотреть (в любом направлении) вдоль связи, претерпевающей вращение, углы ф н зр возрастают в том случае, когда четвертый атом поворачивается по часовой стрелке по отношению к первому атому.
В белке некоторые изображенные здесь конформации (например, угол 0') являются запрещенными из-за перекрывания атомов. На рисунках от б) до г) шарики. изображающие атомы, имеют меньший размер, чем ван-дер-ваааьсовы радиусы для данного масштаба. находятся в транс-положении по отношению друг к другу На основании этих данных Нолинг и Кори сделали вывод, что пептидная связь С вЂ” Х не допускает свободного вращсния, поскольку частично носит характер двойной связи.
Вращение возможно только вокруг связей ф— С и Х вЂ” С,с Таким образом, остов полипептидной пепи можно изобразить как ряд жестких поверхностей, способных вращаться относительно атомов С„ (рис. 4-2, б). Жесткость пептидной связи ограничивает число конформаций, которые принимает пептидная цепь. 180 Е" 0 60 ~!:...
-120 '" ф (грал.) $1761 Часть 1. 4. Трехмерная пруктура белков Конформационные изменения в белках описывают с помощью трех торсионных, или двугранных, углов, называемых ф (фи), зр (пси) и со (омега), которые описывают вращение вокруг каждой из трех повторяющихся связей в пептидном остове. Торсионный угол — это угол пересечения двух плоскостей.
В случае пептидов эти плоскости определяются направлениягии связей в пептидном остове. Две последовательные связи задают плоскость. Три последовательно расположенные связи описывают две плоскости (центральная связь принадлежит обеим плоскостям; см. рис. 4-2, в), а угол между этими плоскостями как раз и описывает конформацию белка. КЛЮЧЕВЫЕ ДОГОВОРЕННоаи. Важные торсионные углы в пептидах описываются тремя векторами, соединягощими последовательно четыре атогиа основной цепи пептидного остова (рис. 4-2, в): угол ф образован связями С вЂ” Х вЂ” С вЂ” С (вращение возможно вокруг связи М вЂ” С„), а угол зр образован связями Х вЂ” С вЂ” С,„— Х.
Оба угла составляют ч-180' в том случае, когда пептидная цепь полностью растянута, и все пептидные группы лежат в одной плоскости (рис. 4-2, г). Если смотреть на центральную связь в направлении, совпадающем с направлением вектора (как показано на рис. 4-2, в для угла зр), величина торсионного угла будет возрастать при повороте четвертого (дальнего) атома по часовой стрелке (рис.
4-2, г). Торсионный угол возрастает от — 180 до О, причем в этом положении первый и четвертый атомы заслоняют друг друга. Вращение может продолжаться от 0' до +180 (то же положение, что и при -180'), возвращая структуру в исходное положение. Третий торсионный угол, со, рассматривают не всегда. Он образуется связями ф— С вЂ” Х вЂ” Сгг В данном случае центральной связью является пептидная связь, вращение которой ограничено.
Пептидная связь обычно (99,6% времени) находится в т)зинс-конфигурации, в результате чего угол со принилзает значение +180'. В редких случаях Чисконфигурации пептидной связи со = 0'. ° В принципе, углы ф н зр могут иметь любые значения от — 180 до ~-180', однако многие состояния являются запрещенными из-за стерических ограничений, вызванных влиянием атомов боковых цепей аминокислот. Так„например, по этой причине не реализуется конформация, при которой величины обоих у~лов ф и зр равны 0' (рис. 4-2, в). Данная конформация используется исключительно как нулевая точка для отсчета значений углов вращения.
Возможные значения углов ф и зр можно найти из графика зависимости зр от ф по так называемой карте Рамачандрана (рис. 4-3), предложенной Е Н. Рамачандраном. -180 Пгаа а"""""'"-'-""- - — — ' — — ' -180 0 18О Рис. 4-3. Карта Рамачандраиа для остатка Е-А1а. Конформация пептида описывается величинами углов ф и ф. Реализуются те конформации, при которых не наблюдается значительных стерических затруднений, что рассчитывается на основании известных ван-дер-ваальсовых радиусов атомов и углов поворота связей. Темно-синий цвет соответствует тем конформациям, в которых не наблюдается сгерических затруднений и которые, следовательно, являются полностью разрешенными. Более светлый синий цвет соответствует конформациям, возможныи в случаях неблагоприятных межатомных контактов. Самый светлый голубой цвет соответствует конформациям, которые возникают при изменении углов связей.
Желтый цвет соответствует запрещенным конформациям. Отсутствие симметрии диаграммы является результатом С-стереоизомерии аминокислотных остатков. Графики для других 1;аминокислотных остатков с неразветвленными боковыми цепями выглядят очень похожим образом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
