Э. Рис, М. Стернберг - Введение в молекулярную биологию от клеток к атомам (1128690), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Параллельно идет синтез вирусных белков, которые вместе с копиями РНК, синтезированнымитранскрибирующими ферментами клетки-хозяина,формируют новые вирионы, отпочковывающиесязатем через плазматическую мембрану. Нередко в результате заражения ретровирусом изменяется характер роста клеток, и по своему поведению они начинают походить больше на опухолевые, чем на нормальные клетки: их рост становится быстрым и намногоменее зависимым от поступающих извне стимуляторов, таких как гормоны или факторы роста.
В настоящее время уже известно, что определенные гены ретровирусов кодируют белки, способные поддерживатьклетки в таком состоянии, когда они более или менеенепрерывно делятся (гл. 29). Выделение и идентификация этих белков будут способствовать пониманиюмеханизма опухолевого роста.6.
Первичная структура белковРис. 6.1. Двадцать наиболее часто встречающихся боковых цепей.Белки — один из основных классов биологическихмакромолекул. Широкий диапазон выполняемых имифункций находит отражение в огромном разнообразии их химических структур и пространственныхформ. Глобулярные белки, которые в грубом приближении могут быть представлены в виде сфер, принимаютучастие в специфических процессах, таких как катализ (гл. 12, 13, 14), транспорт (гл.
15) или регуляция(гл. 28). Фибриллярные белки (гл. 11), например колла-ген, кератины и фиброин шелка, сильно вытянуты ииз-за присущей им эластичности или жесткости частоиграют структурную роль.Четыре уровня структурной организации белковПри описании того или иного белка обычно пользуются терминами первичная, вторичная, третичная ичетвертичная структура.
Под первичной структуройпонимают химическую формулу белка, изображаемуюв виде линейной последовательности аминокислот-ных остатков. Терминами вторичная, третичная и четвертичная структура обозначают различные уровниорганизации этой линейной последовательности впространстве (гл. 9, 10).А м и н о к и с л о т н ы е о с т а т к и , последовательносоединенные друг с другом, являются главнымикомпонентами белков. Каждый остаток имеетконстантную (т.
е. одинаковую для всех остатков)часть и, за исключением двух концевых остатков,связан с двумя другими таким образом, чтоформируется непрерывная, неразветвленная цепь,которая называется основной цепью белковоймолекулы. К каждому ос-угле-родному атому (ссуглероду, или С") основной цепи присоединенывариабельные части аминокислотных остатков(боковые, или R-группы). В белках, как правило,встречается 20 разных R-rpynn.Свободная аминокислота отличается от аминокислотногоостатка наличием дополнительного атома водородана одном конце (а следовательно, присутствиемаминогруппы —NH 2 ) и дополнительной гидроксильной группы (—ОН) на другом конце (а следовательно, наличием —СООН, или карбоксильнойгруппы) (рис. 6.2).Пептидная связь образуется в результате реакцииконденсации между аминогруппой одной свободнойаминокислоты и карбоксильной группой другой (илимежду аминогруппой свободной аминокислоты и карбоксильным концом полипептида).
При этом выделяется вода. Таким образом, свободные аминокислотыпредставляют собой мономеры, из которых путем поликонденсации строится полимер — молекула белка.Полипептидная связь синтезируется в результатеповторяющихся актов образования пептидной связи.Рис. 6.2.На одном конце цепи находится свободная —NH2группа (это N-конец), а на другом — свободная—СООН-группа (это С-конец).Аминокислотнойпоследовательностьюназывается порядок расположения остатков вдольполипептидной цепи. Обычно в белковых молекулахнасчитывается 40 или более остатков, хотявстречаются полипептиды, состоящие из 1000 и болееаминокислотныхостатков.Значительнаявариабельность последовательностей обеспечиваетбольшое разнообразие структур и функций белков.Поскольку полипептиды построены в основном из 20разных аминокислот, для белка, содержащего 100остатков, возможно 20100 (т.
е. примерно 10130)различных вариантов последовательности.Классификация боковых групп основана на различии ихсвойств в обычных физиологических условиях, т. е.при рН около 7. Полярные отрицательно заряженные —Asp" и Glir — имеют отрицательно заряженную СООгруппу. Будучи в СООН- (т. е. в протонирован-ной)форме, они могут вести себя как кислоты. Полярныеположительно заряженные — Arg +, His + и Lys+ — не сутположительный заряд вследствие протонированияатома азота. В депротонированной форме они могутпроявлять свойства оснований. У полярных незаряженных — Asn, Gin, Ser и Thr — имеются поляризованныековалентные связи и, следовательно, электроотрицательные и электроположительные участки. Неполярные, или гидрофобные, — Ala, Cys, He, Leu, Met, Phe,Pro, Trp, Туг и Val — содержат объемные алифатические или ароматические углеводородные цепи.
Гидрофобные свойства Cys, Trp и Туг слегка ослабляютсяиз-за наличия полярных групп (—SH, >NH и —ОНсоответственно).Нейтральныеостаткипредставлены одним Gly, боковая группакоторого — атом водорода.Дисульфидным мостиком называется ковалентнаясвязь, соединяющая либо две части одной и тойже полипептидной цепи, либо два разныхполипептида.Дисульфидныймостикобразуется при окислении двух остатковцистеина (т. е. при отщеплении водорода от двухреакционноспособных сульфгидрильных групп—SH).
Новый остаток носит название цистин.Пролин — необычный остаток, посколькуодин конец его боковой группы ковалентносвязан с Са-ато-мом, а другой - с N-атомомосновной цепи того же остатка, в результате чегообразуется кольцо.Стереоизомерия характерна для всех аминокислот,за исключением Gly. Асимметричным являетсяСватом, так как с ним связаны четыре разныехимиче-ские группы.
В этом случае для каждойаминокислоты существуют две возможныеконфигурации, известные под названием D- и Lформ (их называют также энан-тиомерами илистереоизомерами).Раствородногоизстереоизомеровповорачиваетплоскостьполяризации света в одном направлении, араствор другого — в противоположном. Этотэффект носит название оптической активности.В белках встречаются только L-изо-меры. Чтобыразличить D- и L-конфигурации, нужнопосмотреть в направлении от атома водорода кСжатому и «прочесть» по часовой стрелке триоставшиеся при Са-атоме группы — тогда вслучае L-формы группы СО, R и N составятслово CORN. Боковые группы Thr и Не имеютдополнительный оптический центр — Руглеродный атом, связанный с ос-углеродомосновной цепи.7.
Энергия и силыСвободная энергия — это величина, которую можноопределить как ту часть внутренней энергии химической системы, за счет которой может совершаться работа над окружающей средой. Чтобы выяснить, будетли данный процесс идти самопроизвольно, находят изменение свободной энергии (общепринятое ее обозначение ∆G) между конечным и начальным состояниямирассматриваемой системыЕсли∆G - отрицательная величина, система будет совершать работу самопроизвольно (подобно грузу, поднятому на некоторую высоту и готовому упасть); если же∆G > 0, система не будет совершать работу без дополнительного притока энергии извне.
Когда ∆G = 0, система находится в состоянии термодинамическогоравновесия. ∆G измеряется в джоулях (или килоджоулях) на моль вещества (Дж/моль или кДж/моль).∆G =∆Н -- Т∆S— соотношение, указывающее наналичие двух составляющих ∆G при постоянной температуре T (по шкале абсолютных температур Кельвина). Одна из них — это изменение энтальпии (∆Н), которое можно приравнять изменению потенциальнойэнергии рассматриваемой системы: этот параметрсвязан с энергетическим состоянием молекул в данной химической системе. Другой параметр — изменение энтропии (∆S) - с точностью до множителя T является мерой энергии, которую нельзя использоватьдля совершения полезной работы.
Сама энтропия (S)возрастает с увеличением беспорядка в системе и является мерой ее неупорядоченности. Таким образом,∆S - величина положительная, если система становится менее упорядоченной (гл. 44).∆Go химической реакции называется стандартнымизменением свободной энергии и представляет собой такое значение ∆G , когда концентрация каждого из исходных реагирующих веществ до начала реакции составляет 1 моль • л - 1 ; при этом все реагенты,включая продукты реакции, находятся в стандартныхусловиях. Для реакции, протекающей в стандартныхусловиях, ∆G° связано с константой равновесия K’ соотношением ∆G° = — RTlnK’ где R — универсальнаягазовая постоянная, Т— абсолютная температура.
Биохимики часто пользуются несколько модифицированной формой ∆G°, которая обозначается символом∆G°'(гл. 44).Ковалентная связь— это химическая связь междуатомами в молекуле. Связывание осуществляется путем обобществления электронов, принадлежавшиходному или нескольким атомам. Ковалентные связиотносятся к прочным связям: ∆G их образования составляет примерно -300÷ - 400 кДж/моль. Чтобы стольбольшая энергия не растрачивалась впустую, любойбиохимический процесс организован так, что разрывкакой-либоковалентнойсвязинеизменноэнергетически сопряжен с образованием другой ковалентной связи.Аденозинтрифосфат (АТФ) служит источникомэнергии для очень многих биохимических реакций.Его строение описано в гл.
17. В связях —Р—О—Р—запасена значительная энергия.Отщепление концевой (в данном случае у-) фосфатной группы посредством гидролиза с образованием аденозиндифосфата(ADP) и неорганического фосфата (Pj) характеризуется ∆G° = —30 кДж/моль:АТР↔ ADP + РiПримерно такое же количество энергии высвобождается и при отщеплении второго (т. е.
(3-) фосфата.Вся эта энергия может пойти на обеспечение какойнибудь биохимической реакции, в том числе такой,которая не протекает самопроизвольно в обычных условиях. Рассмотрим реакцию типа X ^± Y, для которой∆G° составляет, скажем, +20 кДж/моль. Если превращение X в Y сопряжено с гидролизом АТР, то суммарная реакция будет иметь видАТР + X ↔ ADP + Pi + Y,и для нее ∆G°≈ (—30 + 20) кДж/моль = —10 кДж/моль,т. е. в стандартных условиях реакция будет идти самопроизвольно.Нековалентный тип связи относится к взаимодействию между атомами, не связанными ковалентно друг с другом. Эти взаимодействия будут рассмотрены нами в дальнейшем на примере структурыбелка, однако они встречаются и в других биологических молекулах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
