Osnovy_biokhimii_Nelson_i_Kokh_tom_1 (1123313), страница 58
Текст из файла (страница 58)
Нескольку спектры в случае о-спирали, р-слоя и денатурированной случайной спирали различаются между собой, спектр КД для данного белка можно использовать для грубой оценки доли белкз. имеющего одну мз двух наиболее распространенных типов вторичной структуры. Спектр КД иативного белка может служить контролем. соответствующим полностью свернутому белку, что удобно прн изучении денатурации или хонфармациоинмх изменений, вызванных мзмеиеииямиусловий в растворе. а-Спирали и р-слои имеют характерные спектры КД (рис. 4-9). С помощью спектров КД можно установить, правильно ли свернут белок, оценить долю белка, находящегося в той или иной конформации, а также слсдить за переходами между свернутым и несвернутгям белком.
Краткое содержание раздела 4.2 ВТОРИЧНАЯ СТРУКТУРА БЕЛКА ° Вторичная структура — это упорядоченная структура аминокислот.ных остатков на участке полипептидной цепи, в котором все остатки расположены в пространстве строго определенным образом по отношению друг х другу. ° Иаиболес распространенными регулярными вторичными структурами бслков являются а-спирали, р-слои и ()-повороты.
° Вторичная структура участка полипептидной цепи полностью описывается набором значений углов ф и гр для всех аминокислотмых остатков, расположенных в этом участке. ° Спектры кругового дпхроизма позволяют идентифицировать в белке области с основными типами вторичной структуры, а также следить за процессом свертывания. 4.3. Третичная и четвертичная структуры белка Э Архитектура белка — введение в третичную струкгу. ру. Общая организация всех атомов белка в пространстве называется третичной структурой.
Если термин «вторичная структура» относится к пространственной организации аминокислотных остатков, расположенных близко друг от друга в полипснтидной цепи, третичная структура подразумевает способ организации молекулы белка в Челом. Аминокислотные остатки, находящиеся далеко друг от друга в полипсптидной цепи и участвующие в образовании различных типов вторичной структуры, могут взаимодействовать дру.: с другом в полностью свернутом белке. Локализация изгибов цепи (в том числе и р-поворотов), Примеры Нрочоыс, 1к рзстаорпыьш в О1шсза1цго оис соксрагш1 ш1 ию. ш рьск О росой ст!ж1с11~1Ы ркз зпч11О11 11кс11и1Х "111 ыяскос, спокое я1.1окяа ФОО!кэи Брелка Вьк Ок1111 про Оюшъ11м11спрок1с1ь КО11, гр сч1 ь с" к1ьт 1ыйях Ош1 11ас гяж1'1оо1 И О КОС111СЙ ПЯЮ1 Хкриосрмсо1кв 1СС111ЦВЬ1О. С1В111З1С ,111с711ьф11хя1км11 саклями (1-Коцфорк1зп11я 1ройшш шо1113зь "ККС1111Р1111 а также паправлсиис и угол поворота оп(юделяются числом и расположением специфических остатков, таких как Рго, Тпг, Вег и С(у Взаимодействующие между собой участки полипсптидцой цепи удерживаются в характерном положсиии в пространстве в результате действия слабых сил (а пиогла и с помощью ковалецтцых связей, таких как дисульфидные мостики).
Некоторые белки состоят из двух или большего числа отдельных полипептидпых цепей, называемых субьедииицами, которые могут быть как одинаковыми, так и разными. Взаимное расположение субъелиииц белка в пространстве определяет четвертичную структуру белка. При рассмотрении этих более высоких у)ювней организации бслковой структуры удобно разделить все белки иа два основных класса: фибрилляриые белки, поли пептидцые цспи которых Оргаппзоваиы в виде ллинных нитей или волокон, и глобуляриые белки, чьи полипептициые цепи образуют сферические структуры — глобулы. Эти два класса белков заметно различаются по структуре: фибрилляриые белки обычно характеризуются олиим типом вторичной структуры, а Отдсльные участки глобулярпых белков часто имеют разную вторичную структуру. Два класса белков различаются и по основным функциям: те структуры в оргаиизмах позвоночных, которые определяют их жесткость, форму и защиту От внешних воздействий, построены из фибрилзярцых белков, а болыпипство ферментов и регуляториых белков имеют глобулярпос строение.
Несколько фибриллярпых белков сыграли очень важную роль в развитии современных представлений о структуре белка и служат прекрасными прик1ералп1, иллюстрирующими взаимосвязь вежду структурой белка и его функцией. Мы начнем с изучения трстичной структуры фибриллярных белков, а затем обратимся к более сложному типу укладки полипсптилцой цепи, характерной хтя глобулярных белков. 4.3 Третичная и четвертичная структуры белка [ ! 851 Фибриллярные белки адаптированы для выполнения структурной функции ° архитектура белка — третичная структура фибрилляриык белков.
На примере а-кератииа, коллагепа и фиброииа шелка можно прекрасно продемонстрировать связь между структурой белка и его функцией (табл. 4-2). Фибрпллярцыс белки обладают свойствами, определяющими прочность и (или) гибкость тех структур, в постросиии которых оци припимак1т участие. В любом случае основной структурной слиципсй таких белков является повторяющийся элемент вторичной структуры.
Фпбрилляриые белки пе растворяются в воле, что связано с высокой концентрацией гилрофобцых амипокпслотиых остатков как внутри белка, так и иа его повсрхпости. Гидрофобпые поверхности белков в зиачитсльиой степстщ скрыты, поскольку сходпые полипептидиые цепи укладываются рялом и образуют падмолекулярпыс комплексы. Простота строения фибриллярных белков делает их прекрасным примером для изучения некоторых осповиых принципов организации белка, которые мы обсуждали вьппе. а-Кератии. а-Ксратицы созлаиы природой лля прилаиия жесткости струкгурам организма.
У млекопитающих эти белки — основные компонентыы волос, шерсти, иоггей, когтей, перьев, рогов, копыт и многих других поверхностных образований кожи. а-Кератины являются прслгтавителями более широкого семейства белков — промежуточпых филамеитов. Другие белки промежуточных филамептов обнаружены в цитоскелете клеток животных. Все белки этого семейства выполняют структурную функцию и имеют такис жс структурные особенности, как а-кератины. Молекула а-кератина представляет собой правуюспираль,которая встречается вомногихлругих белках.
Фрэнсис Крик и Лайнус! )Олицг в начале 1$ 861 Часть 1. 4. Трехмерная пруюура белков а-Спираль кератина Двуннтеаая сунерсннраль Пр "- Г МФг 41 20-30 А фнламснт (чгггггггггггггсгтгггггггггз Прото- Лг '~'ч~~~гаагфиаааггггггаггн()вгггггггснаи ф фиб нмг "ггггггггггьф4атыаааегггааефггггггггггггга рнлла ггглчт7л ггггггнжиггтнлгггггг гггггг$~игггмг аггтгт гцфнгггггггггмюнфгггггеагагмафиксы.
жуточный нт нбрнлла нламснт Поперечный срез волоса Рис. 4-10. Струнтура волоса. а) а-Карягин волос образован вытянутыми о.-спираяями с утолщениями на В- и С-нонцах аминонислотнмх цепей. Спирали попарно оборачиваются одна вокруг другой, в результате чего образуется левозанрученная двойная суперспираль. Эти суперспирали в свою очередь организованы в другие высонсупорядоченные структуры — протофиламенты и протофибриллы. Около четырех протофибрилл (32 цепи а-неретина собранные вместе) образуют промежуточный филамеит.
В других структурах также наблюдается сцепление отдельных суперспиралей, ио направление образующихся спиралей и струнтурные детали неизвестны. б) Волос представляет собой пучок из множества нитей а-нератииа, построенных танин образом, нан показано на рисунке (а). 1950-х гг. нцзависнмо друг от друга пришли к выводу, что о-спнраль ксратина организована в виде двухспиральной катушки.
Две ориентированные параллельно нити ст-ксратнна (т. е. с 1Ч-концами с олной н той жс стороны) закручиваются одна вокруг другой, образуя супсрскручснную спираешь. Такая супсрскручснность придает всей структуре дополнительную прочность — точно так же, как скрученные веревки придают прочность канату (рис.4-10). Искривление осип-спирали,образующей спиральную катушку, объясняет расхождснис между расчетным значением витка спирали (5,4 А), полученным Полингом и Кори, и экспериментальным значением (5,15 — 5,20 А), полученным при рснтгеноструктурном анализе волоса (с. 177).
Супервитки ст-спирали образуют левую спираль, т.е. направлены противоположно направлению витков ы-спирали. Поверхности соприкосновения двух а-спирагтей состоят из гидрофобных аминокислотных остатков, а их К-группы сцсплсны друг с другом регулярным образом. Зто создает компактнуто упаковку полипентидных цепей в лево- закрученной сунерспирали. Неудивитсльно, что и-кератины богаты такими гидрофобными остатками, как А!а, тта), 1.сц, Пе, Мес и РЬс. Отдельные полипсптилные цепи в двойной спирали а-кератина имеют сравнительно простую третичную структуру, в которой ломинируют а-спиральные участки, сами образующие левые суперспирали вокруг своей оси.
Взаимодействие между отдельными а-спиралями прелставляет собой пример четвертичной структуры. Спиральные катушки такого типа являются распространенным структурным элементом в фнбриллярных белках и в мышечном белке миозинс (рис. 5-27). Четвертичная структура о.-кератннов может быть и сложнее. Множество спиральных катушек могут быть собраны в большой надмолекулярный комплекс; такую структуру, например, имеют молекулы а-ксратина в промежуточных фнламентах волос (рис.
4-10, б). Прочность фибриллярных белков дополнительно повышается за счет ковалентных сшивок между отдельными полипептилными цепями и между отдельными нитями в надмолекулярной структуре. В а-ксратинах в качестве таких стабилизирующих четвертичную структуру связей выступают дисульфидные мостики (доп. 4-2). В самых жестких и прочных а-кератинах, таких как в роге носорога, до 18% аминокислотных остат- Известно, что влажные волосы при нагревании способны растягиваться. На молекулярном уровне зто а~начаст, что а-спирали а-кератина растягиваются до тех цор, пока не примут плоскую р-конфоргаацию. При охлаждении они самопроизвольно возвращаются н конформацню а-спирали.
Такая характерная зластичность а-ксратигюв и наличис множественных лисульфидных мостиков являются молскулярной основой химической завивки волос. Волосы сначала накручивают на бигуди, чтобы получились кулри определенной формы, а затем при нагревании обрабатывают раствором жюстанавливаюгцсго агента, которым обычно служит вещество с тиоловой или сульфгидрильной группой ( — ВН). Восстановитель расщепляет дисульфндные связи, в результате чсго из каждой связи образуются два остатка цнстсина.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
