Д.Г. Кнорре, С.Д. Мызина - Биологическая химия (1128707), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Она присуща белку со строго определенной последовательностью аминокислот и только в определенных условиях. Скорее всего среди бесчисленного множества мыслимых аминокислотных последовательностей лишь небольшая часть соответствует каким-либо функционально значимым белкам. Структура полимерных молекул, построенных из повторяющихся единиц и содержащих о-связи в пределах основной цепи, является гибкой в силу возможности внутреннего вращения вокруг большинства таких связей.
При этом каждый поворот может радикально изменить взаимное расположение двух фрагментов полимерной молекулы, образующих зту о-связь. Это происходит без каких-либо химических изменений, и эти состояния рассматриваются как различные конформации, а сами структуры — как различные хонфоржерьс При достаточно высоких температурах может реализовываться огромное число различных конформеров, находящихся в состоянии непрерывного взаимопревращения. В химии высокомолекулярных соединений такое состояние полимерной молекулы называют статистическая хлубкохс Однако при определенных условиях полипептиды могут образовывать определенные пространственные (трехмерные) структуры.
Эти структуры образуются вследствие внутримолекулярного взаимодействия друг с другом и с растворителем различных групп мономерных звеньев полимерной молекулы. Например, в 1951 г. Лайнус Полинг и Роберт Кори теоретически предсказали, что полипептиды могут образовывать спиральную структуру вследствие наличия водородных связей между карбонильным атомом кислорода 1-го фрагмента и амидным атомом водорода (1 + 4)-го фрагмента, что в дальнейшем нашло подтверждение на большом экспериментальном материале. Каждый белок с определенной нерегулярной последовательностью аминокислот может образовать уникальную пространственную структуру. Следует отметить, что любая тонкая биологическая функция, выполняемая белком, реализуется только при наличии такой структуры.
Любое ее нарушение нагреванием или изменением РН среды (дснатурация), не сопровождающееся расщеплением ковалентных связей, приводит к полной потере функциональной активности белка. Лишь небольшие белки могут легко претерпеть обратное превращение в исходное состояние. Обратное превращение денатурированного высокомолекулярного белка в исходную биологически активную структуру (ренатураиия) возможно, только если использовать специальную процедуру, т.е.
в том случае, если ни мономерные компоненты, ни полимерные цепи не были повреждены в процессе денатурацин. Важность пространственной структуры бнополимеров может быть легко понята, если принять во внимание их'важнейшую для функцноннровюшя особенность — способность избирательно образовывать комплексы с определенными партнерами (лигандами), или, как принято говорить в биохимии, "узнаватьч определенных партнеров.
Способность к уэиаоанию существенна преясде нсего в двух аспектах. Первым шагом в проявлении белком его функционалы<ой активности чаще всего является узнавание партнера. Например, фермент образует специфический комплекс с субстрата ио — веществами, химическое превращение которых он катализирует. Для узнавания необходима правильная взаимная ориентация реагирующих субстратов и определенных групп белковой молекулы фермента и кофактора, если этот фермент содержит коя(зактор, необходимый для проявления ферментативной активности.
Комплекс образуется в результате многоточечного взаимодействия между определенными атомами молекулы субстрата и соответствующими группами белковой молекулы. Однако для такого взаимодействия эти группы белка должны быть правильным образом взаимно ориентированы в белковой молекуле. Это возможно только при определеннон пространственной структуре белка. Денатурация нарушает правильную ориентацию групп друг относительно друга и, следовательно, уничтожает способность к узнаванию лиганда. Часто белки функционируют в виде слоясных высокоорганизованных комплексон, содержащих несколько полнпептндных цепочек, а в некоторых случ~ях и других полимерных молекул или низкомолекулярных ломнонентов. Для формирования таких комплексов составля1ощие их белки долляны иметь на поверхности специально организованные области, обеспечивающие определенные контакты с другими компонентами комплекса.
У денатурированных белков отсутству- ет упорядоченная поверхность и, соответственно, отсутствует возможность образования контакта с остальными компонентами комплекса. Вследствие необходимости создания пространственной структурь1 белка для образования области узнавания со строго определенным взаимным положением некоторых групп изменение аминокислотной последовательности или химической природы мономерных компонентов может приводить (не неизбежно) к драматическим последствиям для проявления белком биологической активности. Изменение положения одной из аминокислот белка, непосредственно участвующей в узнавании, приводит к потере способности формировать функционально активную пространственную структуру.
Способность узнавать определенных партнеров приводит в результате к образованию специфического комплекса, Однако в наибольшем числе случаев за узнаванием следует определенный ответ системы, т.е. определенное действие. В отсутствие каких-либо химических изменений таким ответом может быть только изменение его пространственной структуры, т.е. конформации Это означает, что первичное узнавание лиганда биополимером побуждает белок направленно изменить свою конформацию и перейти в новую структуру, резко отличающуюся от исходной.
Такое изменение конформации называют направленным хекфоржациокимж иерегодож Способность к таким переходам может рассматриваться как второе широко распространенное свойство белков, необходимое для выполнения их биологических функций. В ряде случаев белки проявляют свою активность при наличии в их составе определенных компонентов, связанных с белковой молекулой. Это можно продемонстрировать ца примере уже упоминавшегося гема. Известно большое число комплексов белков с гемом и некоторыми его структурными аналогами, которые объединяются под общим названием ~ежопрешеидм.
Центральный атом железа в геме способен образовывать шесть связей. Четыре из нпх расположены в плоскости гема и соединяют атом железа с четырьмя атомамп азота плоской структуры порфиринового кольца, а пятая и шестая находятся перпендикулярно по обе стороны плоскости порфиринового цикла н могут давать дополпптельиьп связи с определенными лш андами. Атом железа в геме мозгует менять степень окисления и быть либо в ферроформе Гез', либо в феррпформе Гез' и таким образом играть роль переносчика электронов и участвовать в окнслптельно-восстановительных процессах. Атом кислорода, принимая участие в процессе окисления, может изменить степень окисления железа до Ге ()У) илп Ге(У).
Если гем связан в комплекс со специфичным белком, зто приводит к резкому усплепшо одной из выполняемых гемом функции. Например, образование комплекса с белком глобином (~е.ио1лобин) усиливает координирующую способность гема, в особенности способность координировать молекулу Оъ Гемоглобин обратимо связывает кислород, который выступает в качестве одного из лигандов, и таким образом служит переносчиком кислорода в многоклеточных организмах. У высших позвоночных гемоглобин находится в специальных красных кровяных клетках (эришрвйитаг), которые сорбируют кислород в легких и доставляют его ко всем органам и тканям стоком крови Гемопротеидом является и цатаохроа с, образованный небольшим белком.
ковалентно связанным с гемом. Цитохром с осуществляет перенос электронов на кислород в важнейшем процессе окисления органических соединений, присущий всем аэробным организмам. Кагпалаэа — фермент, катализирующий расщепление пероксида водорода до Оз и Н О, — также является комплексом белка с геном Н,Оз + НзОз + 2Н~О + Оз Каталаза защищает живые организмы от повреждения высокореакционноспособным пероксидом водорода, который образуется в живых организмах при некоторых реакциях окисления или получается из еще более опасного окислителя — супероксид-радикала, также образующегося в некоторых ферментативных процессах.
Интересным ферментативным комплексом является так называемый цитогРо и Р450. ЦентРальный атом железа в геме РеагиРУст с Оз с обРазованием Ге(У) и включает атом кислорода в одну или несколько С-Н-связей субстрата, превращая их в С--4) — Н-группы. Цитохром Р450 осуществляет таким путем гидроксилирование различных чуждых организму липофильных соединений, например лекарственных препаратов, усиливая их гидрофильность, что облегчает их вывод из организма.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
