Osnovy_biokhimii_Nelson_i_Kokh_tom_1 (1123313), страница 57
Текст из файла (страница 57)
'ЛЛС' — изменение свободной энергии при принятии аминокислотнмм сктатком а-спиральной укчадки по сравнению с таковым Лая алавитта. (180] Часть Е 4. Трехмерная структура белков Важную роль играет также положение аминокислотного остатка по отношению к его окружению. Взаимодействия между боковыми цепями аминокислотных остатков могут как стабилизировать, так и дестабилизировать эту структуру Например, если в полипептидпой цепи имеется протяженный участок, содержащий остатки глутампновой кислоты, то при РН 7,0 такой участок не может укладываться в ст-спираль. Дело в том, что отрицательно заряженныс карбоксильныс группы соседних остатков С (ц отталкиваются настолько силыю, что мешают образованию спирали. По той же причине участки с близко расположенными остатками Еуз и (или) Агя, Н-группы которых при рН 7,0 несут положительный заряд, отталкиваются и препятствуют образованию спирали.
Расположенные по соседству остатки Азп, Бег, Т!тг и Суз тоже могут дестабилизировать и-спираль; в данном случае причина заключается в болыпих размерах и форме их Н-групп. Виток О-спирали обеспечивает взаимодействие между боковой цепью одной аминокислоты и боковой цепью другой аминокислоты, расположенной от первой на расстоянии трех или четырех остатков (рис. 4-4, г). Часто положительно заряженныс аминокислоты располагаются на расстоянии трех остатков от отрицательно заряженных, что способствует образованию ионной пары. Две ароматические аминокислоты часто расположены в пространстве одинаковым образом, что обеспечивает возможность гидрофобных взаимодействий.
Еше одним препятствием для образования а-спирали является присутствие остатков Рго или С!у, которые менее всего склонны образовывать а-спираль. В пролине атом азота входит в состав жесткого кольца (рис. 4-7, б), что исключает возможность вращения вокруг связи )Ч вЂ” С„.
В результате остатки Рго вносят в ст-спирали дестабилизирующие петли. Кроме того, при атоме азота в остатке Рго нет атома водорода, который мог бы участвовать в образовании водородной связи с другим аминокислотным остатком. В связи с этим пролин крайне редко встречается в последовательностях, организованных в виде о.-спирали. Елицин редко встречается в О-спиралях по другой причине: у него больше конформациоцных возможностей, чем у друптх аминокислотных остатков, поэтому полимеры глицина образуют спиралевидные структуры, отличающиеся от а-спиралей.
Наконец, для устойчивости а-спиральной структуры полипептида важно, какие именно аминокислотные остатки расположены на концах сегментов спирали. Каждая пептидная связь имеет небольшой электрический диполь (рис. 4-2, а). Эти диполи связаны через водородные связи, возникающие в спирали, в результате чего вся структура представляет собой диполь, причем его величина возрастает с увеличением длины спирали (рис. 4-5). Четыре аминокислоты на каждом конце спирали не полностью вовлечены в образование водородных связей. Частичный положительный я частичный отрицательный заряды днполя обычно локализованы па пептидной аминогруппе и карбонильиой группе вблизи )Ч- и С-концов спирали соответственно.
По этой причине на )Ч-конце спирального участка часто обнаруживают отрицательно заряженные аминокислоты, способные Х-конец С-конец Рис. 4-5. Диполь тз-свирели. Электрический диполь который существует иа каждой пептидиой связи (см. рмс. 4-2, а), по водородным связям распространяется иа всю длину а-спирального участка. На рисунке амииогруппы и карбоиильиые группы каждой пептидиой связи обозначены знаками + я — соответственно.
М- и С-концевые амико- и харбоняльяме остатки пептидвмх групп, ие задействованные полностью в образовании водородных связей, показаны красным цветом. ез р-Повороты ф ° й Ф Ф Г тиз изп Тип 1 Тип П Рис. 4-7. Структура Р-поворота. а) Наиболее распространены в белках р-повороты типа 1 и П, причем тил 1 встречается в два с лишним раза чаще, чем тип П. В Р-поворотах типа П в третьей позиции всегда находится остаток 61у.
Обратите внимание на водородные связи между первым и четвертым остатками петли (отдельные аминокисяотные остатки схематично изображены в виде больших голубых крутов и пронумерованы). 6) тпранс- и цис-Изомеры пептидной связи с участием иминогруппы пролина. Пептидные связи между аминокислотными остатками в белках на 99,99% имеют транс-конфигурацию. Исключение составляют пептидные связи с участием Рго: 6% образуемых им пептидных связей имеют цис-конфигурацию; многие из этих связей расположены в р-поворотах. б Нвомеры пролиив к н О ! О (! 82] Часть 1. 4. Трехмерная структура белков ми, так и аитипараллельными (т. е.
иметь одну и ту же или разную С вЂ” !Ч-ориентацию). Возникающие при этом структуры довольно похожи, но несколько различаются по размерам повторяющегося звена (6,5 Л при параллельном расположении и 7,0 А при аптипараллельном расположении цепей), и водородные связи в них организованы по-разному. В идеальных структурах значения углов составляют: ф = — 119', зр = +113' (параллельная укладка) и ф = — 139', зр = +135' (антипарачлельная укладка); в рсачьных белках эти значения несколько отличаются, что приводит к вариациям структуры, как было показано выше для а-спиралш Некоторые амипокислотные последовательности ограничивают возможность образования !э-слоев. В частности, для того чтобы лва или более (1-слоев могли укладываться рядом в белке, соприкасающиеся К-группы аминокислотных остатков должны иметь сравнительно небольшие размеры.
Такие р-кератины, как фиброины шелка и паутины, содержат очень высокую долю остатков С!у и А!а, К-группы которых имеют самые малые размеры. В фиброине шелка, например, остатки С!у и А!а чередуя>тся на протяжении довольно длинных участков последовательности. В белковой структуре часто встречаются р-повороты в1 Архитектура белка — Р-поворот. В глобулярных белках, характеризующихся компактной упаковкой полипептидных цепей, около одной трети всех аминокислотных остатков приходится на повороты и петли, возникающие при изменении направления укладки полипептидпой цепи (рис. 4-7).
Эти элементы структуры связывают между собой участки а-спиралей и р-слоев. Наиболее часто встречаются р-повороты, 4.2 Вторичная структура белка 11831 связывающие концы двух соседних участков аптипараллельного р-слоя. Эта структура представляет собой повернутую на 180' петлю, в которой задействовано четыре аминокислотных остатка, причем кислород карбоиильной группы первого остатка образует водородную связь с водородом аминогруппы четвертого остатка. Нептидные группы двух средних остатков не участвуют в образовании никаких водородных связей с другими остатками.
Часто в этих структурах встречаются остатки С!у и Рго: первый — благодаря своему малому размеру и гибкости, а второй — благодаря легкости, с которой пептидная связь с участием азота иминогруппы пролина принимает кис-конфигурапию, способствующую образованию петли (рис. 4-7, б). На рис. 4-7, а представлены те два типа )э-поворотов, которые наиболее часто встречаются в белках. Эти структуры обычно ваходятся близко к поверхности белка, где две средние аминокислоты из тех четырех, что образук1т поворот, могут участвовать в образовании водородных связей с водой.
Сравнительно реже в белках можно встретить состоящие из трех аминокислотных остатков у-повороты, в которых водородная связь возникает между первым и третьим остатками. Вторичные структуры белка характеризуются определенными углами связей Наиболее распространенными вторичными структурами в большинстве белковых молекул являются а-спирали и р-слои, хотя в некоторых специализированных белках встречаются н другие вторичные структуры (примером является коллаген, рис. 4-12). Каждый тип вторичной структуры можно полностью описать с помощью значений углов ф и ~р, образуемых связями в аминокислотных остатках. Как видно из кар~ы Рамачандрапа,а-спирали и )э-слои попадают в довольно узкий диапазон разрешенных копформаций (рис.
4-В„а). Большинство значений углов ф и ф, взятых из известных белковых структур, попадают в необходимый диапазон, причем наибольшая часть из пих соответствует именно конформации а-спирали и р-слоя (рис. 4-8, б). Единственной аминокислотой, чьи характеристики выпадают из этого диапазона, является глицин. Благодаря малому размеру боковой цени (единственному атому водорода) остаток глиципа может участвовать в образовании самых разных конформаций, которые являются стерически запрещенщгми для других аминокислот. Антипараллельные Тройная спираль я-слои коллагена ! )араллель- .
Правоаакруные8-слои, ' ...' чеоные р-елои Левая а-спираль 120 Н 0 1 Правая бо а-спираль -180 лжкелавяекь -180 0 и Ф (грал ) 180 180 120 60 бо вяигВ -120:- -180 ввгылвыага' -1ВО о 1ВО б Ф 0 раа.) Рис. 4-8. Карта Рамачандрана для разлкчнык белковых струкгур. а) На график, представленный на ркс. С-З, нанесены значения ф и ~р для различных вторичных структур. Хотя левые а-спиралк длиной в несколько аминокислот теоретически могут существовать, в белках такой структуры не обнаружено. б) На карте разрешенных конформаций (рис. 4-3) нанесены значения ф и ф для всех аминокислотных остатков (эа исключением глицкна) пируваткинаэы кролика.
Небольшие и способные принимать различные конфигурации остатки 61у исключены иэ рассмотрения. поскольку они часто выпадают из разрешенного диапазона (синего цвета). 25:. 20 10 й а 5 -10 -15 (184! Част»1. 4. Трехмерная структура белков Вторичные структуры можно идентифицировать с помощью метода кругового дихроиэма Молекулы с асимметричной структурой поразному поглонгают правую и левую компоненты плоскополяризованного саста. Измсренис этих различий лежит в основе спектроскопии кругового дихроизма (КД).
Упорядоченныс структуры, такие как свернутые белки, илгеют спсктры поглощения, в которых могут быть пики и впадины. Спектры белков снимают в дальней ульграфиолетовой области (от 190 до 250 нм). Поглощающей (хромофорной) единицей в данном случае является пептидная связь; сигнал получают от пептидной связи, находящсйся в окружении свернутого белка. Разницу молярных коэффициентов экстинкции (см.
доп. 3-1) для левополяризованпого и правополяризованного света (Ле) откладывают на графике как функцию длины волны. 190 200 210 220 230 240 250 Длина полны (нм) Рис. 4цк Спектры кругвввга дихрвизма ввлилизинв. На спектрах полмхнзии представлен полностью в виде а-спирали, р-слоя илм денатурированной случайной спирали. На оси у отложены величины в единицах чаще всего используемых в экспериментах по КД.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
