Osnovy_biokhimii_Nelson_i_Kokh_tom_1 (1123313), страница 60
Текст из файла (страница 60)
Цинщ оставъчась белствием в некоторых частях света до! 932 г., когда венгерский ученый Альберт Сент-Дьердьи, а также У. А. Воу и С. Г Кинг из Университета Питтсбурга выделили и сиптезиропали аскорбиновую кислоту. 1;Аскорбиновая кислота (витамин С) прелстав<п<- ет со<юй белый кристаллический порошок, не имеюп<пй запаха.
Он хорошо растворяется в воде и почти нс растворяется в органических растворителях. В вице сухого порошка и вне досягаемости прямых солнечных лучей вещество довольно стабильно. До сих пор нет единого мнения о суточной норме потребления витамина С. В США рекомендуемая суточная норма составляет 60 м<; в Австралии и Великобритании — 30 — 40 мг, в России— 100 л<г. Иногда советуют принимать Гх<лее высокие дозы витал<ива С, хотя до сих пор однозначно не установлено, приносит ли это дополнительную пользу И<пересно, что такое содержание витамина С, как в организме животных, способных его самостоятельно синтезировать, в организме человека дости<астся только при потреблении дозы, в сотни раз превосходящей рекомендованную суточную лозу Крол<е цитрусовых и многих других свежих фруктов хорошим источником витамина также являются перец, томаты, ка!и офель и брокколи.
При длительном приготовлении или хранении фруктов и овощей витамин С в них разрушается. Итак, почему же витамин С так необходим лля здоровья? Для нас особый интерес представляет его участие в формировании коллагена. Коллагсн построен из повторяющихся тринептилных звеньев состава Иу — Х вЂ” У, где обычно Х и У вЂ” это Рго или 4-Нур, произволное пролива 4(«)-Е-гидроксипролин, который играет важную роль в фоллинге и поддержании структуры коллагена.
Синтетические пептиды из 1О повторов С!у — Рго — Рго могут складываться в тройную спираль коллагена, однако эта структура плавится при 41 'С. Если же пептид состоит из звеньев состава С!у — Рго — Нур, то точка плавления тройной спирали повышается до 69 С.
Стабильность к<шлагена напрямую связана с его тройной спиралью, строение которой независимо опрелелили Хелен Берман и Адриана Загари с коллегами. Пролип обычно присутствует в двух конформациях, называемых С -зндо и (С -андо) (С '«'о) Рис. 1. С,-энцо-конформацня пролнна и С,-эхзо-коифор- мацня 4-гндроксипролина.
С -зкзо (рис. 1). Для образования спирали коллагсна необходимо, чтобы остаток пролина в положении У находился в С,-чкзо-конформации, образованию которой способствует наличие гидроксильной группы у атома С-4 в 4-гидроксипролинс. Структура коллашва также требует, чтобы остаток Рго в позиции Х находился в конформации С,-андо, и введение в эту позицию 4-Нур легтабилизируст спираль. Невоаможиостл гидроксилировать Рго в позиции <' при дефиците витамина С приводит к нестабильности структуры колла<сна и тем проблемам с соединительной тканью, которые возникают при циш с. Для гилрокснлирования остатков Рго в предшественнике к<ишагена проколлагеие необходил< фермент пролил-4-гидроксилаза. У всех позвоночных зтат фермент представляет собой <<2(!2-тетрамср с люлекулярной массой 240 000.
Актипность пролилгидроксвлазы связана с с< с убьединицс й. (Учен ыс были удивлены, обнаружив, что ()-субъединицы этого белка такие же, как в ферменте дисульфидизомеразе белков; зги субъединицы не участвуют в проявлении пролнлгидроксилазной активности.) Каждая а-субъединипа содержит один атом негемовоп< железа (Ее< ); фермевг относится к классу гидроксилаз, которым для проявления активности нш<бходим с<-кстоглугарат. В норме в реакции с участием пролилгидрокснже зы (рис. 2, а) с ферментом связана одна молекула кислорода и одна молекула а-кетоглугарата. о.-Кетоглутарп подвергается окислительному гсекарбоксилированню с оГ<раж<ванием СО< и сукципага.
Оставшийся на ферменте атом кислорода затем используется для гидрокснлирования остатка Рго в щюколлагсне. Для мой реакции аскорбиновая кислота ие нужна. Однако пролилгидроксилаза катализируст также окислительнае декарбоксилировацие а-кетоглутарата, нс связанное < 4.3 Третичная и четвертичная структуры белка )1911 О=С Н НС вЂ” С ОН Х М вЂ” С Н СООН ! СН Ре ' +СН +О С=О СООН а- Ксгоглутарат Н Остаток нролина Остаток 4-Нур СООН СН, СНэ + Ол+ ! С=О ! СООН а- Кетоглутарат Рис. 2. Реакции, каталиэируеиые пролил-4-гидроксилаэой. а) Нормальная реакция сопряженная с гидроксилированием пролина: для этой реакции аскорбиновая кислота не нужна.
Атомы кислорода, происходящие иэ молекулы Оь выделены красным цветом. 6) Несопряженная реакция,в которой а-кетоглутарат подвергается окислительноиу декарбоксилированию, а гидроксилирования пролина не происходит. Аскорбиновая кислота потребляется в соответствии со стехиоиетрией уравнения реакции и превращается в дегидроаскорбат. гядрокснлированнел1 пролнна (рис. 2, Г>). В ланной реакции происходит окисление гемового железа, а окислпшая форма фермента не проявляет активности, т. е. не гялрокгилирует пролин. Считается, что аскорбат в эанной реакции служит д.и восстановления гемового келюа и реактивации фермента. Лкыи болеют цингой ло сих пор, причем не только в тех регионах, тле существуют проблемы с продуктани питания, но и, как это пе удивительно, в американских колледжах.
Готовые салаты -- единственные овощное блюдо в рационе питания некоторых стулснтов, да н фруктов опн едят крайне мало. Проведенное я 1998 и о1кледование 230 студентов Университета Аризоны показало, что 10% нэ них страдали серьезной нелостаточностыо витамина С, а у двух студентов уровень витамина был настолько низким, что они, по всей вилимостн, были больны цингой. Только половина студентов потребляли рекомендованную суточнук1 норму витамина С.
Ешьте больше фрукток и овощей( тальцымн, и оба связаны с заменой б!у в каждой а-цепи на аминокислоту, нмею1цую более обьсмную К-группу, например Суэ нлн Бег (в двух названных заболеваниях происходит замена разных остатков 6)у). Замена всего лишь одного аминокислотного остатка приводит к катастрофическим последствиям, поскольку нарушает трнпептнднос звено С)у — Х вЂ” 'г' — основу уникальной спиральной структуры коллагсна. Если учесть роль последовательности и функциям. Некоторые генетические дефекты человека, связанные со структурой коллагена, служат примером тссной связи между аминокнслотной последовательностью и трехмерной структурой этого белка.
Несовершенный остеогенез характеризуется аномальным развитием костей у младенцев, а синдром Элерса-Даплоса связан с гипермобнльностью суставов. Оба этих состояния могут быть ле- ! О=С нэ НС вЂ” С СН ТЧ вЂ” С Н, Н СОН ! НСОН ! НС С=О с=с ! НО ОН Аскорбат СООН Снэ + СОл ! СН ! СООН Сукцинат СООН ! + СН, +СО, СН ! СООН Сукцинат Н СОН НСОН ! О + НС С=О с — с !! О О Дегилроаскорбат 70 мкм [192] Часть1. 4. Трехиеркая структура белков С!у в образовании тройной спирали коллагена (рис. 4-11, г), становится понятно, что его замена на любую другую аминокислоту обязательно приведет к нарушению структуры этого белка. ° Фиброин шелка.
Белок шелка фиброин синтезируется насекомыми и пауками. Его полипептилные цепи существуют преимущественно в [1-конформации. Фиброин содержит много остатков А!а и О!у, что способствует плотной упаковке р-слоев и взаимному проникновению их К-групп (рис. 4-13). Вся структура в целом стабилизируется за счет протяженных водородных связей, образующихся между пептидными группами всех полипептидов в каждом р-слое, а также за счет оптимизации ван-дер-ваальсовых взаимодействий между слоями.
Шелк не тя- Рис. 443. Структура шелиа. И нити при изготоалеккк шелковых тканей, и паутина состоят из белка фикурокка а) Фиброин построен из уложенных в лист знткгзрк лельных р-слоев. Полипептидные послслокзтелькокгк белка богаты остатками А1а (лиловые) и 6(у (желтне:, Их небольшие й-группы способствуют плотной угь ковке р-слоев, как показано на рисунке (вид свау!. б) Окрашенная электронная микрофотография лекоке трирует выход нитей фиброина (синего цвета) из сшдильного органа паука.
нется, поскольку полипептидныс цепи з р-конформации и так максимально растяпе:ы (рис. 4-6). Однако подобная структура явля гз довольно гибкой, поскольку слои удсчышьакпгк вместе не ковалентными связями, такими ьзг дисульфидные мостики в гз-кератинах, а мн ььгством слабых взаимодействий. Разнообразие структуры отражает функциональное многообразие глобулярных белков В глобулярных белках отдельные участки понг-' пептидной цепи (или несколько пмо и~к н ~ и още цепей) свернуты между собой, образуя бсзи-',.' компактную структуру, чем фнбриллярные бс1:~ ки (рис. 4-14). Сворачивание (фолдннг) ась:ь' 11-канфармассия 2000»5А а-спираль 900 х 1! А Патия иэя с лобулярнзя струк»ура 100 х 6()Л обеспечивает также структурное многообразие, необходимое белкам для осуществления самых разных биологических функций.
Глобулярную структуру имеют ферменты, транспортные белки, двигательные белки, регуляторные белки, иммунаглобулины и множество других белков с разными функциями. Число известных трехмерных структур белков исчисляется тысячами, и каждые два года это число увеличивается еще в два с лишним раза. Такое богатство информации коренным образом меняет наши представления о структуре белк ь о свнзи его структуры и функции, а также о тех эволюционных путях, которые привели к возникновению белков в нх современном состоянии. Огромное мнопюбразие белковых структур может показаться устрашающим.
Однако по мере определения структур все новых и новых белков становится ясно, что все ани относятся к ограниченному набору узнаваемых и устойчивых типов. Наше обсуждение структур глобулярных белков мы начнем с рассказа о принципах строения, выведенных на основании структур самых первых изученных белков.
Далее мы подробно остановимся на описании и сравнительной классификации надмолекулярцых структур белков. Подобное обсуждение стало возможным только Количество известных трехмерных структур белков на сегодняшний день исчисляется тысячами и через кажлые два года возрастает более чем вдвое.
Это обилие инфорьсмсии произвело революцию в нашем понимании структуры белка, взаимосвязей их структуры и функзяя, з также путей эволюции белков к нынешнему сопояяяю, которые можно прослелить по «фамильному» сходству, что приоткрывается нам по мере отбора и сартщювки данных в базах данных. Один из важнейших азя биохимиков доступных ресурсов — Ргоге(п Вага Ваяй (РРВ; ъзущгсзЬ.огй), РВ() представляет собой архив экспериментально полученных трехмерных структур биологических мжромолскул, включающий практически эсе струкгуры макромалекул (белки, ДНК, РНК и т. д.). Каждой структуре присвоен илегггификационный номер (четырехбуквенный шифр, называемый РОВ 1В).
Эти номерз укюапы в данной книге в подрисуночных подписях к 4.3 Третичная и четвертичная структуры белка [193] Рис. 4-14. Струксуры гпобулярных белков компактны и весьма разнообразны. Альбумин сыворотки человека (1с(,= 64 500) имеет одну полипептидную цепз» состоящую из 555 аминокислотных остатков. На данной схеме сравниваются гипотетические размеры полипептидной цепи альбумина находящейся исключительно в В-конформации или в видео-спирали. Для сравнения также показан относительный размер белка в его нативной глобулярной форме, определенной методом рентгенострухтурного анализа. Чтобы достичь таких крохотных размеров, полипептидная цепь должна быть очень плотно упакована.
благодаря такому мопгному источнику информа- ции, каким является Интернет, в частности бла- годаря находящимся в свободном доступе базам данных, таким как Ргоге(п Вайа Вапк (доп. 4-4). каждому изображению структуры, взятой из базы РОВ, что позволяет студентам и преподавателям исследовать приведенные структуры самостоятельно. В РОВ описаны пространственные координаты каждого атома, положение которого было определено (многие приведенные в каталоге структуры еще не полностью описаны). В дополнительных файлах солержится информация о зом, как была определена структура, и ее точность. Па каординатам атомов можно воспроизвести изображение макромолекулы с помощью специальной программы визуализации. Приветствуется посещение РОВ студентами и исследование структур с помощью программы визуализации, на которую есть ссылка в базе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
