А.В. Финкельштейн, О.Б. Птицын - Физика белка - Курс лекций с цветными и стереоскопическими иллюстрациями и задачами (1123404), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

1-1). Пример (в дополнение к приведенному на рис. 1-1 димеру белка cro-репрессора): гемоглобин состоит из двух β- и двух α-цепей(к α- и β-структурам это никакого отношения не имеет!). Если четвертичнаяструктура белка сложена из одинаковых цепей, то она обычно симметрична(и cro-репрессор, и гемоглобин здесь не исключение). Иногда четвертичнаяструктура объединяет десятки цепей. В частности, вирусные оболочки могут рассматриваться как такие «суперчетвертичные» структуры.среди третичных структур есть наиболее типичные, с которыми нампредстоит еще познакомиться.

Часто такие типичные структуры охватывают не весь глобулярный белок целиком, а лишь его компактную субглобулу — «домен» (рис. 1-2). домен (подобно малому глобулярному белку)обычно состоит из 100–200 аминокислотных остатков, т. е. из ~2000 атомов. Его диаметр — 30–40 Å.Рис. 1-2. доменная структура большого белка сходна с четвертичной структурой,сложенной из малых белков. разница лишь в том, что все компактные субглобулы(домены) большого белка в данном случае образованы одной цепью, а четвертичная структура складывается из нескольких цепей Образование трехмерной структуры белка in vivo происходит при биосинтезе или сразу после него.

Замечательно, однако, что оно может происходить не только при биосинтезе: около 1960 г. Анфинсен показал, чтооно может идти и при «ренатурации» — сворачивании чем-то развернутойбелковой цепи in vitro; причем идти совершенно спонтанно.Это значит, что аминокислотная последовательность сама (при подходящей температуре и рН воды!) определяет пространственную структурубелка — т. е. белок способен к самоорганизации.Внутренний голос: строго говоря, это показано для, в основном, относительно небольших (включающих до 200–300 аминокислотных остатков)18водорастворимых глобулярных белков.

с более крупными глобулярнымибелками сложнее, особенно с белками высших организмов: далеко не всеони ренатурируют спонтанно…Лектор: Благодарю за уточнение. да, с такими белками сложнее. Отчасти здесь дело в агрегации; отчасти — в посттрансляционной модификации, особенно у эукариот. Еще меньше известно о спонтанной самоорганизации мембранных и фибриллярных белков. В некоторых такихбелках она происходит; но обычно ренатурировать их не удается. Поэтомунадо сразу оговориться: говоря о физике белка, о структуре белка и о ееформировании, я, на самом деле (если не сделаю оговорки), обычно будуиметь в виду относительно небольшие глобулярные белки. Это — обычная в биофизической литературе условность, но то, что она недостаточноартикулирована, часто ведет к недоразумениям. Опыты Анфинсена принципиально отделили физический процесс —самоорганизацию пространственной структуры — от биохимическогосинтеза белковой цепи.

стало ясно, что структура белка детерминированасамой его аминокислотной последовательностью, а не навязывается белкуклеточной машинерией. По-видимому, основная задача этой машинерии —оберегать сворачивающийся белок от нежелательных контактов (к коимотносятся и контакты между отдаленными, образующими разные доменыкусками цепи очень больших белков) — ведь in vivo белок сворачиваетсяв клеточном бульоне, где так много разных молекул, так много возможностей прилипнуть к чему-нибудь! Но в разбавленном растворе in vitroбелок — по крайней мере, не очень большой — складывается спонтанно,сам по себе. строго говоря, белок способен к спонтанной самоорганизации и ренатурации, только если он не подвергся сильной посттрансляционной модификации — т.

е. если его химическая структура не была сильно нарушенапосле биосинтеза и первоначальной самоорганизации. Например, инсулин(где половина цепи вырезается уже после того, как он свернулся) не способен к ренатурации.Посттрансляционные модификации бывают самые разные.

как правило, химические модификации контролируются специальными ферментами, а не «самоорганизуются» в самом белке. кроме расщепления белковойцепи (протеолиза: он часто способствует превращению зимогена, неактивного «белка-предшественника», в активный энзим; и он же разделяет полибелок на множество отдельных глобул), наблюдается вырезание кусковбелковой цепи (например, при изготовлении инсулина из проинсулина;кстати, вырезанные фрагменты порой служат отдельными гормонами).19Наблюдается и модификация концов цепи, ацетилирование, гликозилирование, пришивание липидов в определенные точки цепи, фосфорилирование определенных боковых групп, и т.

д., и т. п. Был обнаружен даже«сплайсинг» белковых цепей (спонтанное вырезание куска цепи и склейкаобразовавшихся при этом концов). Изредка наблюдается и спонтанная циклизация белковой цепи или каких-то ее кусочков.Особо надо отметить завязывание S-S-связей между серусодержащимиостатками цистеина белковой цепи: «правильные» S-S-связи способны(в подходящих условиях in vitro) к спонтанной самоорганизации, хотя invivo их образование катализируется специальным ферментом, дисульфидизомеразой.

как правило, эти связи завязываются только в секретированных белках (внутри клетки нет кислорода, и потому — неподходящийокислительный потенциал). При этом S-S-связи, если они завязаны «правильно», отнюдь не мешают, а скорее способствуют ренатурации белка.А вот «неправильно» завязанные S-S-связи лишают белок способности к ренатурации.

Именно поэтому, кстати, сваренное яйцо не «разваривается» при охлаждении. дело в том, что белки яйца не только денатурируют при нагревании, но ещеи перешиваются между собой дополнительными S-S-связями (как резина). Приохлаждении эти химические связи сохраняются и не дают белкам яйца вернуться кпервоначальному («нативному») состоянию. Итак, аминокислотная последовательность определяет пространственную структуру белка. А структура эта уже определяет его функцию — т. е.с кем этот белок взаимодействует и что при этом делает.Здесь необходимо сделать несколько замечаний.Первое. Глядя на рис.

1-1, можно подумать, что внутри белка многопустого пространства и, следовательно, что он «мягок». На самом делеэто вовсе не так! Белок тверд — белковая цепь упакована плотно, атомыупираются в атомы (см. левую часть рис. 1-3). Но вот только анатомиюбелка, его скелет, его внутреннее строение неудобно изучать на полнойатомной модели — внутреннее устройство белка можно увидеть, лишьсделав атомы «прозрачными» и обратив основное внимание на ход белковой цепи (см.

правую часть рис. 1-3 и, в особенности, рис. 1-1, 1-2, где боковые группы «сбриты», а элементы вторичной структуры выделены). Наполноатомной же модели белка (см. рис. 1-3) даже не видно, что белок образован полимерной цепью, видна лишь поверхность глобулы, похожая накартофелину. Однако полноатомная модель нужна для изучения функциибелка — специфику его работы определяют именно физико-химическиеи геометрические свойства поверхности глобулы, этой «картофелины», адело скелета белка — создать и фиксировать эту поверхность.Рис.

1-3. Атомная модель белковой глобулы (слева) и ее скелетная модель (справа).В скелетной модели боковые группы — тонкие линии, а главная цепь — толстаяВторое. В состав белка помимо самой белковой цепи часто входят кофакторы (рис. 1-4), — малые молекулы, ионы, сахара, нуклеотиды, фрагменты нуклеиновых кислот и т. д.

Эти не-пептидные молекулы принимаютучастие в функционировании, а порой и в формировании структуры белковой молекулы. кофакторы могут присоединяться к белку химическимисвязями, а могут просто прилипать к определенным местам белковой глобулы. кроме того, к поверхности белка обычно прочно прилипает множество молекул воды.20  Cytochrome c’  Hemerythrin  Coat proteinTobacco mosaic virusРис. 1-4. три сходных по форме (состоящие из четырех α-спиралей каждый),но разных по функции белка: цитохром c’, гемэритрин и белок оболочки вирусатабачной мозаики.

Показана как белковая цепь, так и кофакторы: скелетные модели — гем (в цитохроме) и фрагмент рНк (в белке оболочки вируса); шарики —ионы железа (в геме цитохрома и в гемэритрине) и связанный железом кислород(в гемэритрине)21третье. твердый белок («апериодический кристалл», говоря словамиШредингера) ведет себя именно как кристалл при изменении внешнихусловий (например, при повышении температуры) — т.

е. он «терпит» докаких-то пор, а потом разом плавится, — а не теряет своей формы и твердости постепенно, как стекло. Это фундаментальное свойство белков тесно связано с надежностью их работы: как электрическая лампочка, белкиломаются по принципу «все или ничего», а не постепенно (последнее привело бы к ненадежности их действия — к расплыванию специфичностии т. д.; мы об этом еще поговорим подробно).И последнее.

Говоря о твердости, надо различать сравнительно небольшие и действительно твердые однодоменные белки (они состоят из однойкомпактной глобулы) — и более крупные белки, имеющие либо доменную(см. рис. 1-2), либо четвертичную (см. рис. 1-1) структуру: слагающие ихсубглобулы могут сдвигаться и раздвигаться.И, конечно, кроме того, — все глобулы могут слегка, как твердое тело,деформироваться (но не полностью перестраиваться!) при функционировании белка. Обычно сходные по внутренней структуре (по «анатомии») белки делают одно и то же. Например, многие (хотя и не все) цитохромы похожи натот, что изображен на рис. 1-4; а многие сериновые протеазы (хотя опятьтаки не все), происходящие как из позвоночных, так и из бактерий, похожина химотрипсин (рис.

Характеристики

Список файлов лекций