Э. Рис, М. Стернберг - Введение в молекулярную биологию от клеток к атомам (1160049), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Полипептидная цепь, образующая белковую глобулу, свернута довольно сложным образом.Это иллюстрирует рис. 10.2, где при помощи отрезков,соединяющих последовательные Са-атомы, изображена молекула лизоцима. (Сравните такое представлениеструктуры белка с более упрощенным, приведенным нарис. 10.1).Домены в крупных белках при сворачивании полипептидной цепи часто образуются две или болеепространственно разделенные области, называемыедоменами.
По своей структуре каждый домен напоминает отдельный небольшой белок. Обычно в одномРис. 10.2.домене содержится от 40 до 300 остатков. В молекулеиммуноглобулина (гл. 40) как тяжелая , так и легкая цепи образуют несколько доменов, один из которых, константный домен легкой цепи, изображен на рис. 10.1.Все домены можно подразделить на четыре класса:α/α, β/β, α/β и а + β, в зависимости от взаимного расположения в цепи а-спиральных и β-структурныхучастков. Примеры доменов каждого класса приведены на рис. 10.1; полипептидная цепь изображена ввиде ленты, при этом а-спиральные участки представлены спиралями, β-структурные — стрелками, а нерегулярные — светлыми петлями.
Боковые цепи непоказаны, хотя во всех белках пространство междуатомами основной цепи заполнено атомами боковыхцепей. α/α-Домены состоят в основном из α-спира-лей, β-участки в них практически отсутствуют. аСпирали упакованы таким образом, что неполярныебоковые цепи оказываются спрятанными внутрь. Вβ/β-доменах имеется несколько β-цепей и нет (илипочти нет) а-спиралей. Этот класс доменов представлен на рисунке константным доменом молекулы иммуноглобулина, состоящим из двух упакованных вместе β -слоев.
На диафамме видно, что β-слои неплоские, а слегка скручены. В а/β-доменах а- и βучастки чередуются вдоль цепи. Часто β-участкиобразуют параллельный β-слой, окруженный аспиралями. В а + β-доменах а- и β-участки обычнорасполагаются в разных сегментах полипептиднойцепи.Упаковкасубъединицвмультимерном(состоящем из нескольких субъединиц) белкеосуществляется благодаря взаимодействиям того жетипа, что и при образовании третичной структурыбелка. Обычно субъединицы бывают упакованыдовольно симметрично (хотя не всегда имеет местополная симметрия), как, например, в молекулегемоглобина, где четыре субъединицы располагаются ввершинах тетраэдра (гл.
15).Внутренняя подвижность белков. Из экспериментовизвестно, что белки не являются жесткими структурами: отдельные их части перемещаются друг относительно друга, что позволяет говорить о внутреннейподвижности белков. Во многих глобулярных белках,включая четыре белка, представленных на рис. 10.1,атомы основной цепи способны смещаться на 0,01 нмотносительно среднего положения, а боковые цепи,находящиеся на поверхности белковой глобулы, имеют еще большую подвижность.11. Структура фибриллярных белковФИБРИЛЛЯРНЫМИ называются белки, имеющиесильно вытянутую форму.
Благодаря присущей этимбелкам жесткости или эластичности они часто выполняют в живых организмах структурные функции.Конформацию полипептидной цепи большинствафибриллярных белков можно отнести к одному изтрех типов регулярной вторичной структуры: к коллагеновой спирали, (β-слою, обнаруженному во многихразновидностях шелка, и к α-спиральной структуре,характерной для а-кератинов и тропомиозина.КОЛЛАГЕН наиболее распространенный белок млекопитающих, образует основу сухожилий, костей, кожи, зубов и хрящей. Структурной единицей коллагенового волокна является тропоколлагеновая молекула,состоящая из трех полипептидных цепей, каждая изкоторых содержит около 1000 аминокислотных остатков.
В зависимости от функции коллагена его полипептидные цепи либо идентичны, либо имеют довольно близкие последовательности.Аминокислотный состав коллагена необычен. Вопервых, примерно одну треть всех остатков составляют остатки глицина, и, во-вторых, имеется большоечисло остатков пролина. Кроме того, в коллагеневстречаются остатки двух аминокислот, обычно не обнаруживаемых в белках, — гидроксипролина и гидроксилизина. Боковые цепи этих аминокислот содержатгидроксильную (—ОН) группу, присоединенную к одному из углеродных атомов вместо атома водорода.Гидроксилирование осуществляется специфическимиферментами после включения пролина или лизина вполипептидную цепь коллагена.Аминокислотная последовательность большей части цепи коллагена представлена регулярно повторяющимися единицами Gly—X—Y, где X и Y могут бытьпроизвольными аминокислотными остатками. Пролин (Pro) чаще встречается в положении X, тогда какгидроксипролин (Hyp) — преимущественно в положении Y.
Типичный фрагмент последовательности коллагена выглядит следующим образом:—GLy— Pro—Hyp—Gly—Pro—Met—Gly—Pro—Hyp—Gly—Leu—AlaТакая регулярная последовательность принимаетконформацию, называемую коллагеновой спиралью.В участках из первых 16 остатков у N-конца и из последних 25 остатков у С-конца полипептидной цепиколлагена подобной регулярности в чередовании аминокислотных остатков не обнаруживается.
Эти сегменты, называемые телопептидами, имеют конформацию, отличную от коллагеновой спирали.Одиночная пептидная цепь коллагена принимаетформу спирали, в которой расстояние междуаминокислотными остатками вдоль оси составляет0,29 нм, а на один виток спирали приходится немногоменее трех остатков. Спираль оказывается левой втом смысле, что если пальцы левой руки расположитьтак, чтобы они прослеживали путь Gl—X2—Y3—G4,то большой палец будет указывать направление от Nк С-концу.
Между атомами основной цепи одиночного полипептида водородных связей не образуется. Темне менее такая конформация (значительно более вытянутая, чем α-спираль, у которой расстояние междуостатками составляет 0,15 нм) оказывается предпоч-тительной для полипептидной цепи, содержащей массивные пирролидиновые кольца остатков пролина игидроксипролина.Термин тройная коллагеновая спираль применяетсядля описания структуры регулярной части молекулытропоколлагена.
В тройной коллагеновой спирали триодиночные коллагеновые цепи уложены параллельнои закручены одна вокруг другой, образуя похожую наканат витую структуру. Такое закручиваниеоказывается возможным благодаря наличию у левыходиночных коллагеновых спиралей правой сверхспирализации, которую можно наблюдать по результирующему смещению А-цепи при переходе от G1 к G4(G1 и G4 — это глициновые остатки, стоящие соответственно в первом и четвертом положениях). Одиночная цепь коллагена содержит примерно 1000 остатков,а длина молекулы тропоколлагена составляет приэтом около 300 нм.Глицин- единственный остаток, который можетрасполагаться вблизи оси тройной спирали, поскольку имеющегося там свободного пространства недостаточно для размещения любой другой, большей пообъему боковой цепи. На один виток одиночной цепиприходится примерно три остатка, поэтому в каждомтретьем положении аминокислотной последовательности должен стоять глицин.
Боковые цепи остатковX и Y направлены в сторону от оси тройной спирали имогут быть большими по объему. В тройной спиралисуществуют водородные связи между >N—Н-группойкаждого внутреннего глицинового остатка и >С=Огруппой другой цепи.Сборка коллагена начинается с синтеза в фибробластах молекул проколлагена.
Проколлаген — этопредшественник коллагена, имеющий дополнительные пептиды на В- и С-концах. В фибробластах молекулы проколлагена самопроизвольно сворачиваются втройные спирали, в каждой из которых С-концы трехцепей связываются друг с другом дисульфиднымимостиками. В таком виде тройные спирали секретируются из клетки и затем после удаления дополнительных пептидов проколлагена с помощью фермента,проколлагеновой пептидазы, превращаются в молекулы тропоколлагена.Микрофибрилла представляет собой совокупностьуложенных параллельно молекул тропоколлагена, каждая из которых сдвинута в продольном направленииотносительно соседней на 67 нм (этот сдвиг называется D-уступом).
Кроме того, между С-концом одноймолекулы и N-концом следующей существует промежуток длиной 40 нм. Микрофибриллы, ассоциируядруг с другом, образуют фибриллу, а несколько фибрилл — коллагеновое волокно (рис. 11.2).Коллагеновые волокна стабилизируются с помощьюковалентных сшивок между полипептидными цепямии в результате оказываются слаборастяжимыми ивесьма прочными, так как сколько-нибудь заметноеудлинение волокон требует разрыва этих сшивок.Соединительные ткани в таких образованиях, как кости, сухожилия и хрящи, обычно имеют сложнуюструктуру и состоят из коллагена и других молекул,главным образом неорганических. В сухожилиях, какбыло показано, в промежутке между соседними коллагеновыми молекулами откладывается кальций.Аналогичная ситуация имеет место и в костях.Шелк чаще всего имеет структуру антипараллельногоβ-слоя, в котором β-цепи уложены вдоль оси волокна.Во многих разновидностях шелка расстояние междуβ-слоями поочередно составляет то 0,35, то 0,57 нм.Аминокислотная последовательность представляетсобой в основном многократное повторениефрагмента Gly—Ala—Gly—Ala—Gly—Ser.
Боковыецепи всех Ala и Ser при этом располагаются с однойстороны β-слоя, а с другой стороны выступают атомыводорода глициновых остатков. β-Слои упакованытаким образом, что друг с другом контактируют одноименные их поверхности. Расстояние между слоями,контактирующими по «глициновым» поверхностям,составляет 0,35 нм, а по поверхностям, в которых выступают остатки Ala и Ser, — 0,57 нм. Волокна шелкамалорастяжимы, поскольку любое достаточно большое удлинение приводит к разрыву ковалентных связей в полипептидной цепи. Некоторая растяжимостьтем не менее наблюдается и может быть обусловленанарушением регулярности аминокислотной последовательности и появлением в цепи остатков с массивными боковыми группами, таких, как Туг, Arg,Asp и Glu.
А этих местах β-структура нарушается, полипептидная цепь принимает нерегулярную конформацию и может быть растянута без разрыва ковалентных связей.КЕРАТИН— важный белковый компонент волос,шерсти, ногтей, когтей и перьев. В одной из форм,называемой α-кератином, в основе структуры полипептидной цепи лежит правая α-спираль. Предположение о том, что кератин имеет α-спиральную конформацию, было высказано Полингом и Кори дляобъяснения полученных Астбюри в 30-х годах данных по дифракции рентгеновских лучей на волокнахкератина. Однако шаг кератиновой спирали составил0,51 нм, что меньше шага стандартной ос-спирали, равного 0,54 нм.
Это связано с тем, что в кератине две, авозможно и три цепи закручиваются одна вокруг другой,образуя некую витую (coiled-coil) структуру, называемую протофибриллой. 11 протофибрилл формируютмикрофибриллу, а пучок микрофибрилл — кератиновоеволокно. α-Кератины легкорастяжимы, поскольку привытягивании разрываются водородные связи и полипептидные цепи приобретают β-структурную конформацию.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
