Osnovy_biokhimii_Nelson_i_Kokh_tom_1 (1123313), страница 56
Текст из файла (страница 56)
Реализуемый диапазон углов связей для аминокислот с разветвленными боковыми цепями (УаЕ Пе, ТЬг) чуть уже, чем в случае А1а. Напротив, диапазон разрешенных конформаций остатка глицина, имеющего наименьшие стерические ограничения, гораздо шире. Диапазон разрешенных конформаций Рго сильно ограничен, поскольку значения ф лежат в пределах от -35' до -85', что связано с циклической структурой боковой цепи. 42 Вторичная структура белка ~! 771 Краткое содержание раздела 4.1 ОБЗОР БЕЛКОВЫХ СТРУКТУР ° Каждый белок имеет определенную трехмер- ную структуру, связанную с его функцией.
° Пространственная структура белка стабилизирована множеством слабых взаимодействий. Основной вклад в стабилизацию глобулярной структуры большинства растворимых белков вносят гидрофобныс взаимодействия. Термодинамически наиболее устойчивые структуры характеризуются оптимальной организацией водородных связей и ионных взаимодействий. ° Природа ковалентных связей в полипептидпой цепи накладывает ограничения на структуру белка. Пептидная связь частично имеет характер двойной связи, в результате чего шесть атомов пентидной группы жестко зафиксированы в одной плоскости. Связи 1ч — С„ и С вЂ” С„допускают определенное вращение; соответствующие углы поворота обозначают греческими буквами ф и ~р.
4.2. Вторичная структура белка Термин вторичная структура может относиться к любому выбранному фрагменту полипептидной пепи и описывает локальную пространственную укладку атомов, составляющих основную цепь, без учета конформации боковых цепей или взаимодействия с другими фрагментами. Регулярния вторичная структура имеет место тогда, когда величины обоих торсионных углов (ф и тр) ос гаются постоянными или почти постоянными на протяжении определенного участка цепи.
Наиболее известными типами вторичной структуры являются сг-спирали и р-слои; также довольно часто встречаются р-повороты. Если регулярных структур не обнаружено, говорят о неопределенности вторичной структуры или о случайной спирали. Однако это последнее определение не дает правильного прелставления о структуре таких участков. Уклалка полипептидного остова практически в любом белке не является случайной; более того, обычно она неизменна и специфична для структуры и функционирования конкретного белка. Здесь мы сосредоточимся на рассмотрении наиболее часто встречающихся ре- гулярных структур.
а-Спираль — зто распространенный вид вторичной структуры белка В1 Архитектура белка — о-спираль. Полнит и Кори знали о важном значении водородных связей для ориентирования полярных химических групп, таких как С=О и тч — Н, в составе пептидной группы. Кроме того, они знали о результатах работы Уильяма Астбери, который в 1930-х гг. впервые осуществил рентгсноструктурный анализ белков. Астбери показал, что белок, составляющий основу волоса и иглы дикобраза (фибриллярный белок о-кератин)„имеет регулярную структуру, а именно состоит из повторяющихся единиц размером 5,15 — 5„20 А.
(Размерность единицы ллины ангстрем (А) ввелена в честь шведского физика Андерса Йонеса Ангстрема; 1 А = 0,1 нм. Эта единица не входит в систему СИ, но оченыпироко используется в структурной химии и биологии нри описании размеров атол1ов и межатомных расстояний.) Владея данной информацией и собственными данными о строении пептидной связи, а также используя точно сконструированные людели, Полинг и Кори взялнсь за определение вероятных конформаций белковых молекул. Самым простым способом организапии полипептидной цепи с ее жесткой пептидной связью и остальными связями, сгюсобными к вращению, является спиральная структура, которую Полнит и Кори назвали сх-спиралью (рис.
4-4). В этой структуре полипептидный остов образует плотные витки вокруг длинной оси молекулы, тогда как К-группы аминокислотных остатков выступают из спирального остова наружу Периодически повторяющаяся единица соответствует одному витку спирали, шаг которой составляет приблизительно 5,4 А, что лишь ненамного больше значения„ определенного Астбери при рентгсноструктурном анализе кератина волос.
Аминокислотныс остатки в а-спирали имеют значения углов ф = — 57' и ф = — 47', причем каждый виток спирали содержит 3,6 амннокислотных остатка. В сг-спиральных участках белков часто наблюдается некоторое отклонение от этих значений торсиоиных углов, причем вариации возможны даже внутри самого Х-конец ' Вй углерод О Водород ~ ; Я1Кнелород~ ; ®Азот ~ фК-группа ~ 1. 5,4А (З,б оетат .в ф С-конец Рис. 4-4. Иодели а-спирали, демонстрирующие различные аспекты ее структуры. д)Шаростержневая модель правом а-спкралк, на которой показаны водородные связи внутри цепи.
Шаг спирали соответствует З,б аминокисдотных остатков. 6) Вид на а-спираль с одного ее конца вдоль длинной оси (РОВ ТВ 4ТМС). Обратите внимание на расположение К-групп, изображенных здесь лиловым цветом. При взгляде на зту шаростержневую модель создается ложное впечатление, что спираль внутри пустая, но дело в том, что размер шариков здесь не соответствует ван-дер-ваальсовым радиусам атомов. в) Как видно на шаровой модели, атомы в центре а-спирали очень плотно упакованы.
г) Проекция спирали. Цветом выделены поверхности, обладающие теми ил» иными свойствами. Например, желтым цветом изображены гкдрофобные остатки, которые располагаются на границе данной спирали и другой части этого же или другого полкпептида. Красные и синие остатки иллюстрируют возможное взаимодействие между положительно и отрицательно заряженными группами боковых цепей, разделенных двумя остатками в аткрали. [178] Часть|. 4.
Трехмерная пруктура белков участка, что позволяет спирали образовывать небольшие изгибы и петли. Во всех белках а-спираль закручена вправо (доп. 4-1). Выяснилось, что а-спираль является преобладающей структурой в а-кератннах. Более того, около четверти всех аминокислотных остатков в полипептидных цепях входят в состав а-спнралей (в разных белках это значение несколько различается). 11очему а-спираль образуется чаще других возможных структур? До некоторой степени это объясняется тем, что в а-спирали оптимальным образом используются водородные связи внутри молекулы.
Данная структура стабилизируется водородными связями между атомом водорода, соединенным с электроотрицательным ацнюд азота пептидной связи, и элсктроотрц~ш нттьныч атомом кислорода карбонильной группы чш нор~ той аминокислоты (счнтая вдоль цепи вил:4 (рис. 4-4, и). В образовании подобных нгы«1хг1~ ных связей участвует каждая пептидная ~ )теш, а-спирали (за исключением концевых групп). 1 результате каждый последующий виток связан предыдущим тремя илн четырьмя нодоропол:~ связями, что делает эту конформацию полипеп тидной цепи довольно устойчивой. В последующих модельных эксперпз1снтаз было показано, что а-спираль может об)юл1 вываться как из 1-, так и из 1)-аминокислот, н ~ .ЩЦЩф Праввтстороттттяя в спираль Левосторввнттяя спираль Лмнпо- ЛЛП' Косаота !оджв~иоаъ)в Вец 0.79 1.ух (),йв.'! ' Мтк 0,66 ЛМООО- втат квшпвво (кдждввотвь)» Л1а О Лгй 03 Лчтт 3 Существует простой лтетод, позволяющий различить правую и левую спирали.
Сначала прижмите четыре патьца каждой руки к ладоням, а больптие пальцы встаньте свободными и направьте их строго вверх (см. рисунок). Теперь посмотрите па свою правую руку и вредставьтс, что четыре пальца обвивают большой пмеп в виде спирали, направленной туда, куда он понззываег (т. е. против часовой стрелки). Это правая спираль. С левой рукой — то жс самое: четыре пальца образуют участок левой спирати, обвивавшейся вокруг большого пальца и направленной вверх (т.
е. по часовой стрелке). асе остатки должны представлять собой стсреоизомеры одного и того же ряда, поскольку 1)-аминокислота нарушала бы регулярную структуру, состоящук> из (.-аминокисттот, н наоборот. В принципе, существующие в природе 1:аминокислоты могут образовывать как правую, тах в левую спираль, однако протяженные левозтнрученньте спирали в белках не обнаружены.
М ПРимеР4-1 ВТОРИЧНАЯ СТРУКТУРА И РАЗМЕРЫ БЕЛКОВ Какова длина полипептнда, состоящего из 80 хчиттокислотньтх остатков, образующих единст- венную а-спираль? Решение. Оборот тщеальной ст-сттирали образован 3,6 аминокислотными остатками, что составляет в мину 5,4 А. Таким образом, вклад кажлого амипокислотного остатка в длину спирали составляет 1,5 А. Полчасм, что длина полипептидпой цспи ранна: а) осштков 1,5 А/остаток = 120 А. Песяедоеательность аминокислот еяияетна стабильность а-спирали Не все полипептиды способны образовывать устойчивую ст-сттираль.
Каждый амннокислотпый остаток в полипептидной цепи обладает более влв менее выраженной склонностью к образова- 4.2 Вторичная прукгура белка [179! нию а-спирали (табл. 4-1), связанной со свойствами К-груптты и способностью соседних атомов основной цепи создавать необходимые значения углов ф и тр. В большинстве экспериментальных модельных систем наибольшую склонность к образованию а-спиралей демонстрирует алании.
Лхр ' 2,5в Рйс 2,0 Сух 3 Рго 4 О1тт 1,3 ', Вв г '2.2 О!тт . 1Д Т1п' 2,4 О13 4.6 !'тч 2.0 Н'тх 2.6 Тгр 2.0 Нс 14 . Ъа! 2.1 Источник лапныс (кроме данных по проливу) из сткгьвт ВгУзоп, )Лтвв., Ветх 5.Е, 1л, Н5., 5п!сй, Пв!., 7!кш, Н.Х., ОХе!1, КТ., вЬ ПеОгас1о, 'ватЕ (1995) Рготеш в!еатяп: а!пегагсмс арргоасй. остатка 270,935. Данные по проливу из статьи Муега ).К, Расе, С.!в!., вх Вело!тг, Д.М. (1997) Не!тх ргорепяттез аге к1ептка1 ю рготе!пк апв! рерг!6ск ВюсЬеоияту 36, 10926.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
