Терней - Органическая химия II (1125893), страница 71
Текст из файла (страница 71)
ЯанМега Сотрапу, $97$), А — параллельная;х'Я вЂ” антнлараллельная. ТРЕТИЧНАЯ СТРУКТУРА БЕЛКОВ. Белки делятся на две большие группы — фибриллярные и глобулярные. Для удобства классификации белки, у которых отношение длины к ширине больше 10, называют фибриллярными, а белки для которых это отношение меньше 10,— глобулярными. Фиброин шелка и ~1-форма (развернутая форма) кератина, а также синтетические полипептиды" принадлежат к группе фибриллярных белков„у которых почти 410 глАвА 2» полностью развернутые полипептидные цепи организованы в складчатую р-структуру.
Другой фибриллярный белок — коллаген — богат глицином и пролином. В силу этого коллаген не способен образовывать ни а-спираль, ни складчатую Р-структуру. Этот весьма важный белок построен из трех левовращающихся спиралей, которые переплетаются, давая правовращающую Рис. 25-11. Тройная спираль коллагена (Мсб!!негу Л.
1т'. Б!осиек!з1гу, %. В. Баипдегв Согп рану, $970). Каждая из трех пептидных цепей закручена в левовращающую спираль, а все вместе они переплетаются, образуя правовращающую спираль. Е1а каждый виток тройной спирали приходится десять витков отдельных цепей. он ! С11,— С вЂ” Н / ~ со,О 1'!1!1 Е1 О+ 3-окоп-1:пронин 011 2 С- — С11 Н' ~ СОО + С!1., С '~1!2 О+ 4-окса-1;пролив СН вЂ” С1! ! со о СЦ, С' Ы!1, И О+ 1;правлен В большинстве регуляторных систем растений и животных катализ осуществляется глобулярными белкали, которые носят название ферментов. Высокая химическая специфичность ферментов связана отчасти с уникальной макроструктурой этих полимеров. Сложность общей структуры белков можно оценить на примере фермента рибонуклеазы (рис.
25-12). В то время как вторичная структура белков определяется только водородными связями, многочисленные изгибы полипептидпой цепи, придающие глобулярным белкам третичную структуру, зависят не только от пептидных связей и водородных связей между амидными группами, но и от других типов связей, а именно: а) дисульфидных связей в цистине; б) ионных связей, в которых участвуют «дополнительные» аминогруппы или карбоксильные группы; в) водородных связей и г) гидрофобных взаимодействий (рис. 25-13).
Одна из причин гидрофобных взаимодействий заключается в проявлении вандерваальсовых сил притяжения, которые действуют между неполярпыми боковыми цепями аминокислотных остатков. 11роме того, они вызываются, конечно, тем, что притяжение между молекулами воды сильнее чем между «сверхспираль» (рис. 25-11). Две из трех полипептидных цепей, составляющих коллаген, обладают одинаковой первичной структурой. Коллаген — это наиболее распространенный белок позвоночных; на его долю приходится почти 50% сухого веса хрящей и около 30% твердого вещества кости.
В биологических системах коллаген встречается в виде пучков линейных волокон, которые по прочности на растяжение почти не отличаются от стальной проволоки. В свете столь важной роли коллагена не удивительно, что многие серьезные заболевания связаны с нарушением его синтеза. Пожалуй, наиболее известна цынга, которая вызывается дефицитом витамина С. При этом нарушается синтез коллагена, так как в отсутствие витамина С пролин не окисляется до 3- и 4-оксипролина. Оксипролины содержатся только в коллагене; поэтому их анализ в тканях отражает концентрацию коллагена в этих тканях.
Аминокислотыв пиптиды и вилки 411 молекулами воды и неполярными органическими остатками полипептидов. Гидрофобные взаимодействия можно рассматриватькак весьма важное под- тверн(дение принципа «подобное растворяется в подобном». 0 БВ 67 Т 70 к 1 в 33 й зв 7! К 66 оз М 0 ог Бо ч с бг 37 К К 4! 35 36Т 1 42 К БЗ У с !!о !16 р 93 9О 69 36 О с и 94 43 1!7 юв ч' 73 с 53 44 з 5 32 Мво 'Т 45 Вб 96 Е А т в7 к" !07 ( Е 74 9 59 5 )( 61 35 Ч 97 !2 !23 15 М 5 46 Г В4 о С гв !4 27 () 60 А Ч 54 75 5 1 676 96 с 26 !24 47 Ч пи 99 т ь 51 25Ч Т юо 105 и ? 15 49 5 К 43 а! Е !6 М 90 79 5 !7 Т !о4, К 74 зв 3( 24 5 50 53 76 гз 5 77 т 73 гг 2! 5 5 Рис. 25-12.
Пространственная модель углеродных атомов фермента рибонуклеазы, постро- енная на основании данных рентгеноструктурного анализа. три полипептидные цепи образуют антипараллельную складчатую З-структуру (ос-атки 42 — 48, 76 — 90 и 95 — 110); кооме того, в фепменте имеется три а-спиральных участка (остатки 2 — 12, 26 — ЗЗ и ЬΠ— 68) (Магит Л., 270!то!о В„тех1Ъоо!4 о( В(ос)зегп!61гу, 101й е!1., Ж. В. Заипаегв Сопзрапу, 1971). ЧКТВКРТИЧИАЯ СТРУКТУРА. Для проявления биологической активности некоторые белки должны сначала образовать макрокомплекс (олигополппептпбная цепь МН2 Рис.
25-13. Нековалентные связи, стабилизирующие белковую структуру, а — алектростатическое взаимодействие; б — водородные связи; в — гидрофобнсе вааимодействие1 е — диполь-д!шальное взаимодействие; д — дисульфидные связи. протеин), состоящий из нескольких полноценных белковых субъединиц. 1) сущности каждый белок является мономером, а четвертичная структура 1!5 р Ч 7(4 62 Е 2 64 С А тА З " 09 Н 19! 06 А А 6 5 р 121 !хо и Айл 022 29 М в Вз вг т !о! Юг О А А го А 412 глАвА 2з определяет степень ассоциации таких мономеров в биологически активном материале. ДЕБАТУРАЦИН. Макроструктура белка определяется весьма хруп.- ким равновесием между различными силами притяжения и отталкивания, которые действуют между этим биополимером и окружающей его водной средой. Стоит только нарушить это равновесие, как вся структурная организация полипептида, кроме первичной, исчезнет; иными словами, произойдет денатурация.
В зависимости от степени нарушения структуры и от природы белка денатурация может быть либо обратимой, либо необратимой. Клас- ' сическим примером необратимой денатурации является коагуляция яичного белка при варке яиц, когда яичный альбумин (белок) претерпеваеттепловую денатурацию.
Денатурация может происходить: а) при повышении температуры; б) при изменении рН среды", в) в присутствии окислителей или восстановителей, которые разрушают дисульфидные связи; г) при внесении детергентов, нарушающих гидрофобные взаимодействия между молекулами воды и белка; д) при добавлении сильных акцепторов водородных связей, например, моче- вины, и е) при физических воздействиях (например, под действием ультразвука). Из этого списка ясно, чего необходимо избегать, поскольку целесообразнее, конечно, изучать белки в нативноль соспгоянии,, а не их денатурированные компоненты.
К счастью, глобулярные белки кристаллизуются в нативном состоянии (что, правда, сопряжено со значительными трудностями), в то время как денатурированные белки не обладают кристаллической структурой. Ведь почти все, что нам известно о вторичной и третичной структуре белков, было установлено при помощи рентгеноструктурного анализа отдельных белковых кристаллов. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ Аминокислота. В общепринятом смысле — соединение с аминогруппой при угле- родном атоме, находящемся в а-положении по отношению к карбоксильной группе; К вЂ” СНМН2СОЙН. В более широком смысле (но реже употребляемом) аминокислотой можно назвать любое соединение, содержащее как аминогруппу, так и кислотный остаток (например, — СОЙН или — БОзН).
Р-Аминокислота. Аминокислота, имеющая следующую конфигурацию при а-угле- родном атоме: СО.,Н Н '~Не Р-Аминокислоты чаще встречаются у бактерий, чем у млекопитающих. К-Аминокислота. Большинство аминокислот, встречающихся в природе, обладает Ь-конфигурацией, а именно: СО,Н Н2~ 1 С-Концевая аминокислота. Аминокислота на конце полипептидной цепи, несув~ая свободную карбокспльную группу и связанная с белковым остатком посредством своей аминогруппы. Х-Концевая аминокислота. Аминокислота на конце полипептидной цепи, несущая свободную ампногруппу и связанная с белковым остатком посредством своей карбокспльной группы. Белки.
Класс высокомолекулярных полипептидов, выполняющих основные биологические функции. Некоторые биохимики считают, что белки отличаются от полипептпдов тем, что они встречаются в природе и обладают биологической активностью *. Аьтиттот«ислотьт, ттнгттидьт и нелкм 413 Глобулярные белки.
Белки, для которых характерна более выраженная сфериче.ская форма, чем для фибриллярных белков (см. ниже). Большинство глобулярных белков кристаллизуется пз раствора и может поэтому служить объектом для точного рентгеноструктурного анализа. Ферменты являются глобулярными белками. Фибриллярные белки. Белки, имеющие форму волокон и более высокую молекулярную массу, чем глобулярные белки. Примером фибриллярных белков может служить кератин — белок, содержащийся в волосах.
Деградация по Эдману. Метод, ттртл помощи которого Я-концевые аминокислоты отщепляют от белка и идентифицируют. Он сводится к реакции белка с фенилизотиоцианатом, в результате которой получается фепилтиогидантоин. Сначала образуется М-фенилтиомочевинпое производное белка (тпомочевпна на рис.
25-6), которое в присутствии кислоты расщепляется, давая неустойчивое тиазолоновое производное (на рис. 25-6 это соеди, нение дано в квадратных скобках). В результате его изомеризацпи образуется фенилтиогпдантопн. Дезаминирование. Реакция, при которой аминокислота теряет свою аминогруппу. В живых системах отрыв амппогруппы от углеродного атома может осуществляться путем иеокиелил~ельиого (а) пли окиелигаельного (б) дезаминирования, как это показано ниже. Н ! ! ~ / ! а) — С вЂ” С вЂ” -~- С=С б) Н вЂ” С вЂ” ?1Н» ч С=О ! ! ' ! ХН» Денатурация. Утрата белком природной (нативпой) конформации, обычно сопровождающаяся потерей его биологической функции, например ферментативной активности.
Денатурация может быть либо обратимым, либо необратимым процессом. Примером последнего служит коагуляция яичного белка (альбумина) при нагревании яйца. Диполярный ион. Цвиттер-ион. Изоэлектрическая точка. Значение рН, при котором концентрация цвиттерионной формы аминокислоты достигает максимума. Для аминокислоты, содержащей одну карбоксильную и одну ампногруппу, изоэлектрическая точка равна среднему значению рКа групп — СО»Н и — ХН~>~ этой аминокислоты. Клейковина.
Остаток, образующийся после отмывания муки от крахмала. Коллаген. Фибриллярный белок, служащий основным компонентом соединительной ткани. Состоит из трех пептидных цепей, две из которых имеют одинаковый аминокислотный состав, а третья — отличающийся от них аминокислотный состав. Каждая цепь представляет собой левовращающую спираль.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
