Н.А. Тюкавкина, Ю.И. Бауков - Биоорганическая химия (1125798), страница 60
Текст из файла (страница 60)
11.!9. Модель строения спирали коллаге. на (цветом показаны межцепочечные кона. лентные связи). играющего роль кофермента в гидрокси. лировании пролинового остатка (см. ! 1. !.1) Коллагеи имеет большое значение в медицинской практике. На основе этого биополимера разработаны новые пластические материалы — коллагеновые плен. ки, губки, предназначенные для закрытия кровоточащих поверхностей, донорских участков кожи. лечения трофических язв, ожогов, ран. Он используется для полу. чения биосовместимых материалов, которые, выполнив функцию временного кар.
каса, замещаются затем собственными тканями организма. Рис. 11.11. «Сшиванне» тропоколлагеновых цепей в коллагене .))етичиая структура. Полипептидная цепь, включающая иты той или иной вторичной структуры, способна вся "Ком укладываться определенным образом в пространстве, цприобретает третичную структуру. При этом во взаимодейст'- вступают боковые радикалы а-аминокислотных остатков, дяшиеся в линейной полипептидной цепи на значительном " еиии друг от друга, ио сближенные в пространстве за счет бов цепи. ауольшую роль в стабилизации третичной структуры играют ;д о р о д н ы е с в я з и. Они могут возникать между функнальными группами боковых радикалов, а также между ними ептидными группами.
Фуннцнпнал ние »луппи е банален Сн, рлдмналал )з формировании третичной структуры важную роль играют нос (электростатическое) и гидрофобное взаимодействия, также дисульфидные связи. И о н н о е (электростатическое) в з а и м о д е й с т в и е моет возникать между иоиогенными радикалами амннокислотных ' ньев. К их числу прежде всего принадлежат аминокислоты, ' евшие в радикале дополнительные карбоксильные группы аспарагиновая, глутаминовая кислоты) и аминогруппы (лнзин, 'гииин). Энергия таких связей может достигать 42 кДж/моль.
днако число их в белковой молекуле невелико. 'й,п, Г; ! й Палццц ыднац цепь !о! !н! [о1 н — ян ня сн !н! ом Г и дроф об н ое в з а и м оде й с т в и е обусловлено вандер-ваальсовыми силами притяжения между неполярными радикалами аминокислотных остатков. У глобуляриых белков ббльшая часть гидрофобных групп расположена внутри глобулы белка, а на внешней поверхности находятся преимущественно полярные группы.
Большое значение для создания третичной структуры имеет ковалентная д и с у л ь ф и д н а я с в я з ь, образующаяся между цистеиновыми остатками одной и той же или разных белковых цепей. Дисульфидиая связь содержится в очень многих пептидах и белках (окситоцин, вазопрессин, инсулин, лизоцим и др.). Кератин (белок волос и шерсти) содержит особенно много цистеиновых звеньев, способных при окислении образовывать дисульфидные связи 370 с.
11.12. Молекулярная модель лизопима (стрелкой показано углуб- ние, а которос яходит полисахаридный субстрат). Третичная структура л изоцима . Л изоци м был первым ферментом, исследованным методом рентгеноструктурпого анализа (!965). Лизоцим относится к гликозидазам, расщепляющим гликозидные связи, например в полисахаридах, входящих в состав клеточной стенки ктерий. Он содержится в яичном белке, слизистых выделениях еловека, слезной жидкости. Макромолекула лизоцима включа- !29 аминокислотных остатков и имеет сравнительно неболь' ую молекулярную массу — !4 600.
В цепи лизоцима содержатся етыре дисульфидные связи. Лизоцим — глобулярный белок. На поверхности его макроолекулы имеется впадина («щель»), в которую точно входит бстрат полисахаридной природы (рис. 1!.!2), где он оказыватся окруженным боковыми радикалами примерно 20 а-аминоислотных остатков, составляющих активный центр лизоцима. Химическая основа антибактериального действия лизоцима ассмотрена в совокупности со структурой полисахарида бакериальиой стенки (см. !2.3.2), Денатурация.
Пространственная структура белков способна арушаться под влиянием ряда факторов — повышенной темпе- атуры, изменения рН среды, облучения УФ- или рентгеновскими 371 рдаиаттраиия 40 95 НССН,-СНоэси в а м растворе нз 84 н 3 84 95 72 :.(танатурания Сннсление ннслороаон Полнпептианая Неп 55 58 НОСН вЂ” СН 3 Н 1иаоитон) 2 2 р -Мернаптовтанол !(4л НОСН вЂ” СН вЂ” Я ! НОСН вЂ” СН 3 2 т тлэ .' ' г !т, тй л) гь ! 4 'т „Лт 372 лучами, механическом воздействии (например сильном пере. мешнвании растворов).
Разрушение природной (нативной) макроструктуры белка называется денатурацней. Первичная структура белка при денатурации сохраняется. Денатурация может быть обратимой, тах называемая ренатурация, если. она приводит к легко восста. навливаемому изменению в структуре. Необратимая денатурацня часто происходит при тепловом воздействии (например свертывание яичного альбумина при варке яиц). У денатурированных белков снижается растворимость, а главное — исчезает биоло. гическая активность.
При денатурации водородные связи легко разрушаются под действием некоторых реагентов, например мочевины; гидрофобные связи — при внесении в раствор поверхностно-активных веществ; дисульфндные связи — в присутствии восстановителей, например 2-меркаптоэтанола. На примере рибонуклеазы (фермента, гидролизующего РНК) было показано, что дисульфидные связи могут восстанавливаться под действием избытка 2-меркаптоэтанола в водном растворе мочевины (рис.
11.13, а). Денатурированная полипептидная цепь рибонуклеазы теряет при этом ферментативную активность. После отмывания от реагентов денатурированная цепь рибонуклеазы постепенно окисляется кислородом воздуха и возвращается к исходной пространственной структуре (рис. 11.
13, б). При этом у ренатурированной пепи рибонуклеазы почти полностью восстанавливается ферчентативная активность. Четвертичная структура. Несколько отдельных полипептидных цепей способны укладываться в более сложные образования, называемые также комплекса. ми или агрегатами. При этом каждая цепь, сохраняя 11.13. Денатурация я ренятурация рибонуклеазы. Объяснение 8 сте.
рактерную для нее первичную, вторичную и третичную струкры, выступает в роли субъединицы комплекса с более выким уровнем пространственной организации — четвертичной руктурой (рис. 11.14), Такой комплекс представляет собой иное целое и выполняет биологическую функцию, не свойственю отдельно взятым субъединицам. Четвертичная структура 'крепляется за счет водородных связей и гидрофобных взаидействий между субъединичными полипептидными немн. '," Определение четвертичной структуры белковых агрегатов воз'ожно только с помощью высокоразрешающих физикохимических тодов (рентгенография, электронная микроскопия).
Четвер- чная структура характерна лишь для некоторых белков, наприер гемоглобина. Главная функция гемоглобина (основного компонента эрнтоцитов) состоит в переносе кислорода из легких к тканям 'рганизма (транспортная функция). Его четвертичная структура редставляет собой образование из четырех полипептид, ых цепей (субъединиц), каждая из которых содержит гем см. 10.1). Две одинаковые субъединицы, обозначенные как ан и аа-цепи, остоят каждая из 141 аминокнслотного остатка; две другие Динаковые субъединицы — йн и 32-цепи — содержат каждая ,'(46 аминокислотных остатПлооиоств а- и р-Субъединицы глотова а имеют большую общ" ь в первичной структуре и 'формационном строении цеГемоглобин относится к " улярным белкам: общий сн ' ем его молекулы в простив стае близок к сфере с дна- — се Од ' ром 5,5 им (рис. ! 1.15) . „~%сй ; Гем расположен в углубйни, имеющемся в каждой четырех субъединиц, в 1ак ываемом гемовом кармане.
' внутреннюю, гидрофобную ть кармана гем погружен олярными винильными раалами, а гндрофильные ' опионатные боковые радика- направленные к поверхти, находятся в непосредст'нной близости с положительр заряженными аминогруппализинового н аргининового остатков. Пиррольные кольца ма и неполярные радикалы аминокислотных остатков, выстиющих карман, связаны силами гидрофобного взаимодействия, Атом железа в геме имеет октаэдрнческую конфигурацию, '.,Е.. железо здесь шестикоординационное. Ион ге + находится 'центре плоского порфинового квадрата и связан с четырьмя мами азота пиррольных колец (см.
(О.!). Пятым лнгандом шляется остаток Н!з-87 в а-цепи (илн Н!з-92 в р-цепи), с атом азота которого осуществляется координационная связь тома железа. Шестое координационное место (по другую сто'ну плоскости порфинового цикла) в отсутствие кислорода внимает молекула воды. При взаимодействии попавшего ': легкие кислорода с гемоглобином происходит замещение олекулы воды на кислород, приводящее к образованию окси'емоглобина ~рис.
!1.!6). Необычным является то, что в этом ,Омплексе ге + не окисляется в сев+. Это объясняется тем, 'то в гемоном кармане молекула От находится в гидрофобм окружении. Помимо кислорода молекулу воды в гемоглобине могут вмещать другие лиганды. В частности, действие монооксида глерода как дыхательного яда связано с тем, что он гораздо рочнее связывается с ионом гей", чем кислород, и таким разом блокирует гемоглобин. Рис. 11.14.
Построение чствертичиой структуры белков из отдельиыл суок. единиц Рис. 11.16. Связь гема с гистиди новым остатком р-цепи гемогло бина. к л ; 'т.й 1 ч1 ул1 Рис. 11.1б. Модель гемоглобина. 375 4у Основные понятия Аминокислоты — принципы классификации 376 и термины — стереоизомерив — кислотно-основиые свойства Ввиду многообразия пептидов и белков существ ет нескол функциям, составу, пространственном ст ое- нию.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
