Д.Г. Кнорре, С.Д. Мызина - Биологическая химия (1128707), страница 25
Текст из файла (страница 25)
СЛМООРГАПИЗЛ11ИЯ ПРОСТРЛПСТВЕВ!ПОЙ СТРУКТУРЫ БИОПОЛИМЕРОВ Белки и нуклеиновые кислоты в живых организмах образуются путем последовательного наращиванпн полимерной цепи мономерпыми звеньями, порядо~ присоединения которых определяется программирующими биосинтез нуклеип выми кислотами. Однако последние свми по себе определшот лишь перепалку~ структуру создаваемого биополимера.
Длл того чтобы биополпмер принял необходимую для его функционирования пространственную структуру (патпвпую структуру), необходимо, чтобы последняя была запрограммирована самой первичной структурой белка. Случайное образование даже термодинамически наиболее выгодной, т.е, наиболее стабильной пространственной структуры чрезвычайно маловероятно по соображениям, приведенным в начале этой главы, Дол кпы существовать некоторые общие принципы ее формпроваппя, пли, как принято говорить, прнмнивы сажоороаммэамии макромолекуя биополимеров. В значительной мере эти принципы основываются на наличии двух уровней пространственной организации — вторичной и трегпч пой структур Самоорганизация белковых молекул начинается с формирования в благоприятных участках небольших фрагментов а-сиир;ией, а возможно, и 3-скла !ок. Такой процесс, требующий конформациоппой перестройки па небольшом участке полипептидной цепи, может пройти за малые доли секунды, причем на разных участках цепи такие а-спиральные фрагменты могут образовываться практически независимо друг от друга.
При этом достаточно обраюааппм фрагмента в 2-3 витка, чтобы существенно облегчить свертывание в шшраль прпмьпоающпх участков цепи, поскольку их движение становится о~ раппчсппьш, а гсометрня — благоприятствующей их подклв1чению к спиральной структуре, если природа пх боковых радикалов этому не препятствует. Фактически образование короткой, зародышевой а-спирали является лимитирующей стадией свертывания всего примыкающего участка в более протяженную спираль. Поэтому и в целом образование структурированных фрагментов цепи на всем ее протяженно происходит достаточно быстро. После образования таких фрагментов для формировании нужной пространственной структуры необходимо, чтобы вошли в контакт те фрагменты, которые должны быть сближены в окончательном варианте.
По для этого теперь требуется не независимое и случайное перемещение всех звеньев молекулы, а только перемещение этих фрагментов как целого. Например, для тюсого достато шо сложного белка, как уже упоминавшаяся фосфоглицераткипаза, в перемещении участвуют всего лишь 22 структурированных Фрагмента вместо более чем 400 ампнокислотных остатков. При этом, как и в случае свертывания цспп в о-спираль, всяко установление контакта между двумя такими фрагмептамп, отвечающее создана мой конечной структуре, ограничивает степени свободы двюкепия остальных и благоприятствует дальнейшему процессу структурирования.
По-видимому. у достаточно сложных белков, состояпшх из нескольких доменов, салюорганизапня Образование высокоорганизовап- 50 40 вой макромолекулы, естественно, !. а ь Р сг !.% ю а о Р о й о ! в м сэ й ч оэ ь Р сопровождается существен и ы м 60 О я 1меньшением энтропии системы. По в мере повышения температуры поэтоа в чу неизбежно наступы т момент, чты -+ й. - ! — зз когда нативная структура становится в~мввсстз~сзьтаьвмуон / термодинамически неустойчивой.
Ее ! т разрушение приводит к тому, что ! Рмнаньсевньмвяьуьмсовяого ! ~о эо яолипептидная цепь теряет упорядо- о-цап l ченную конформацию и превращает- СЯ В ПОЛИМЕР С НЕПРЕРЫВНО НЗМЕНОНО- Рис. 31. Порви ~нэя структура проинсулинэ чещейся пространственной структурой. ловгка. Ст!м омами показаны связи, гиэраоиэуемыг при ьышгплении С-пептида прн перекопе В химии высокомолекулярных соепроннсулппа в ингузин динений такие образования называют статистическим клубком.
В биохимии превращение натнвного белка в статистический клубок называют дсмашуйавией белка. Денатурированный белок лишен всякой биологической активности и в биологических системах может в основном быть использован лишь как источник аминокислот, т.е.
как продукт питания. Обратное превращение денатурированного белка в патшоный возможно лишь в случае, когда нативная структура запрограммирована и перэпчпой структуре. Впервые это было показано на примере уже упомппюппсйся в ч 2 1 папкреатичесхой рибонуклеазы. Этот белок построен пз одной полппептидной цепи, в состав которой входит 8 остатков цнстеипа, образующих попа!шо четыре дпсульфндпых мостика (см. рис, 5). Если с помощью восстапошггшш разрушпзь этн мостики, а затем в мягких условиях пронести ою1слеппе, то в основном восстаппвливюотся ковалентные связи между теми же остатками шктгппа, которые были в исходном натнвном ферменте, прш|ело восстанавливается и каталптнческая активность фермента. Таким образом, оказывается резко предпо гппельпой одна иэ 105 различных комбинаций, в которых могут попарно обьедппятьсн остатки цпстенва.
Это означает, что при окислении в мягких условиях восстановленный белок имеет пространственную организацшо, близкую к панамой. Следовательно, первичная структура рибонуклеазы уже в значительной мере предопределяет ее пространственную структуру. Однако это не всегда возмонопо. Папример, в молекуле инсулина плкегся четыре остатка цистеина в 1-цепи и два — в 0-цепи. После восстановления и последующего реокисленпя получается сложная смесь продуктов с разными комбинациями дисульфидкых сшивок !всего этих комбинаций возможно 15).
Поэтому вативный инсулин в клетках поджелудочной железы образуется пе из отдельных 1- и В-цепей, а из единого полипептида, называемого ороилсуламож (рпс. 31), из которого, после того как он сформировал пространственную структуру и в нем замкнулись все необходимые дисульфпдные мостики, подвергается обработке Ферментами, вырезающими пз него так называемый 0-фрагмент, превращая провнсулин в две соединенные между собой цепи инсулина. 3.6. КОМПЛВКСЫ БИОПОЛИМГРОВ.
МПОГОСУВЪВДИНИЧ!!ЫВ ВЕЛКИ В большом числе случаев для функционирования белков и нуклеиновых к лот необходимо, чтобы несколько полимерных цепей были соединены в едины комплекс. В случае чисто белковых образований такой комплекс также рассматривается как белок, состоящий пз нескольких субъедиггии. Субъедипггчнггя струг,- тура белков часто фигурирует в научной литературе как четверти сная струхигура, т.е. как уровень организации, следующий за третичной структурой.
Нукленновые кислоты с комплементарными последовательностнмп нуклеотидов образуют двуспиральные структуры. Прп определенных структурных особенностях могут образовываться и структуры, содержащие трп цепи,— трехспиршгьные структуры. Наконец, многие функционально значимые образования содержат как белки, так и нуклеиновые кислоты; такие образования называют иухлеопропгеидажи. Б основе образовании нуклеопротеидов лежат высокоспецифичные взаимодействия между соответствующими полипептидпымп и полппуклеотидпымн цепями, т.е.
способность молекул биополпмеров к взаимному узнавапшо. Белки состоящие из нескольких субъедиппц, широко распространены в природе. Уже указывалось, что гемоглобин состоит из чогырех субъедипнц, попа!зпо одинаковых. Субъединицы принято обозначать гречгскплш буквалш. У гелюглобина имеется две субъедпницы, обозначаемые как о-субъедпгшця и две гу-субъс диницы.
Наличие нескольких субъедшшц (см. 3 3.10) приводит к более благоприятной для функционирования гемоглобина как переносчика кислорода зависимости степени насыщения кислородом от его пяршгальпого давления Четвертичную структуру гемоглобина обозначают как агДг. Субъединичиое строение свойственно большому числу ферментов и в первую очередь ферментов, выполняющих сложные функции и взяггмодействующих с несколькими внешними компонентами, 1!япример, фермент !'НК-полпмеряза нз Есо1г имеет субъединичную структуру огдд'о, т.е, построен из четырех разпотипных субъедпниц, причем о-субъедппица продублирована. Этот белок выполняет сложные функции — связывается с двупгпевой ДИК, опознает на пей участок, с которого должен начаться процесс транскрипции, связывает субстраты— рибонуклеозидтрифосфаты, катализирует перенос пуклеотпдпого остатка, отобранного с помощью ДНК-матрицы, па рагтущую польгрпбопуялеотидпую цепь н еще несколько функций.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
