Ім'я файлу: молекулярна біологія.docx
Розширення: docx
Розмір: 86кб.
Дата: 11.11.2020
скачати
Пов'язані файли:
VD.2.04-Henetychni-osnovy-reproduktyvnoi-biolohii-liudyny.docx

Третинна структура білків являє собою спосіб укладання поліпеп-тидного ланцюга з елементами вторинної структури (а-спіралі і в - структури) у просторі, який досягається за рахунок взаємодії між радикалами залишків амінокислот. Для багатьох білків третинна структура еквівалентна повній просторовій структурі. Упакування третинної структури має свої закономірності, залежно від типу первинної структури поліпептидного ланцюга, від стану навколишнього середовища (водно-сольовий склад, рН, температура, взаємодія білка з іншими речовинами тощо). Третинна структура білка визначає форму білкової молекули, утворюючи або глобулу (глобулярні білки) або достатньо витягнуті волокна (фібрилярні білки). У глобулярних білків поліпеп-тидний ланцюг вигинається в просторі, робить повороти в різних напрямках, складається в компактну, унікальну тривимірну конформацію, притаманну певному білку зі специфічною функцією (рис.10).



Рис.10. Третинна структура міоглобіну. Напрямок укладання поліпептидного ланцюга вказано стрілками.

31

У процесі укладання поліпептидний ланцюг намагається набути енергетично вигідної форми, яка має мінімум вільної енергії. У водному середовищі молекули води, намагаючись утворити між собою водневі зв'язки, а також забезпечити гідратацію гідрофільних груп білка, виштовхують гідрофобні групи, які знаходяться у воді, примушуючи їх скручуватись і утворювати асоціати. Значна частина неполярних гідрофобних радикалів залишків амінокислот, таких як аланін, метіонін, валін, лейцин, ізолейцин, фенілаланін, триптофан та інші, які не мають спорідненості до води, ніби «уникаючи» її, занурюються у внутрішню частину глобули, утворюючи гідрофобне ядро, де майже немає води (жирні краплі) і де можуть відбуватися реакції в неводних умовах. Між гідрофобними групами ніяких особливих зв'язків не утворюється, можливе тільки виникнення ван-дер-ваальсових сил притягання, які отримали назву «гідрофобних взаємодій». Поряд із цим заряджені та гідрофільні залишки амінокислот, прагнучи зайняти якнайбільше місця у водному середовищі, зосереджуються переважно на поверхні глобули, контактуючи з водною фазою (рис. 11).

На важливість гідрофобних взаємодій у поліпептидному ланцюзі вперше вказали Д.Л.Талмуд і С.Є.Бреслер.



Puc.ll. Утворення гідрофобної зони, єв - диполі води

Заряджені групи на поверхні білкової глобули, як правило, соль-ватовані й оточені протиіонами, що збільшує розчинність білків у водному середовищі. Невелика частина гідрофобних радикалів може знаходитися й на поверхні білкової молекули і, накопичуючись, утворювати «гідрофобні кластери», які мають значення при контактних взаємодіях. Полярні бокові радикали окремих амінокислот також можуть перебувати всередині глобули білкової молекули, утворюючи водневі зв'язки між собою або з поліпептидним кістяком.

У молекулі білка з третинною структурою зустрічаються спіралі-зовані ділянки (а-спіралі), шаруваті (в-структури) та ділянки у формі безладного клубка, тобто такі, що не мають будь-якої періодичної структури. Тільки правильне просторове укладання білка робить йо

32

го активним: порушення його структури призводить до зміни влас-

тивостей білка і втрати біологічної активності.

У стабілізації третинної структури глобулярних білків беруть участь так звані «вторинні зв'язки», в основному слабкі (електростатичні, водневі, гідрофобні взаємодії) і в незначній кількості - ковалентні: дисульфідні, ізопептидні, ефірні (рис. 12).

До ковалентних зв'язків належать дисульфідні (-Б-Б-), які утворюються між боковими радикалами цистеїнів, що знаходяться на різних ділянках поліпептидного ланцюга (г); ізопептидні або псевдо-пептидні - між аміногрупами бічних радикалів лізину, аргініну (але тільки не а-ІЧН2-групами) і СООН-групами бокових радикалів аспарагінової і глутамінової кислот. Звідси і назва цього типу зв'язку - подібний до пептидного. Ефірний зв'язок, який утворюється СООН-групою дикарбонових кислот та ОН-групою серину і треоніну, зустрічається зрідка. Водневі зв'язки виникають між двома електронегатив-

ними атомами, коли протон водню, ковалентно зв'язаний з одним із

цих атомів, розташовується між ними (б). Існує велика кількість можливостей для утворення водневих зв'язків у білках, наприклад, між негативно зарядженим кислотним залишком моноаміноди-карбонових кислот (-СОО-) і гідроксигрупами тирозину (б), сери-ну, треоніну або ІІН2- і БН-групами бічних радикалів амінокислот і багато інших. Іонні або електростатичні взаємодії виникають під час контакту заряджених груп бічних радикалів -ІН3+ (лізин, аргінін, гістидин) і СОО--групою аспарагінової і глутамінової кислот (а). Неполярні зв'язки або ван-дер-ваальсові взаємодії виникають між вуглеводневими радикалами амінокислот аланіну, валіну, лейцину, ізолейцину, фенілаланіну, триптофану (в).

Рис. 12. Типи зв'язків між радикалами амінокислотних залишків

у білковій молекулі а - електростатична взаємодія; б - водневі зв'язки; в - взаємодія неполярних бічних ланцюгів, викликана виштовхуванням ліпофільних радикалів у «суху зону» молекулами розчинника (так звана жирна крапля); г - дисульфідні зв'язки; д - диполь-дипольні взаємодії. Подвійна вигнута лінія позначає хребет поліпептидного ланцюга



33

Численні зв'язки між боковими радикалами визначають просторову конформацію білкової молекули. Конформація третинної структури є такою ж специфічною характеристикою даного білка, як і первинна структура.

Оскільки в глобулі амінокислоти зв'язані одна з одною як пепти-дними зв'язками (міцними), так і багатьма іншими слабкими зв'язками, білкова молекула не є абсолютно жорсткою структурою. У певних межах можливі незначні оборотні переміщення частин поліпеп-тидного ланцюга відносно одна одної із розривом невеликої кількості слабких зв'язків і утворенням нових. Білкова молекула в розчині ніби пульсує в різних своїх частинах (ніби щупальці), наприклад, при утворенні активних центрів, у тому числі ферментних. Ці зміни можна розглядати як тепловий (броунівський) рух, який не порушує основного плану конформації молекули.

Конформаційні зміни білків мають важливе значення для їх функцій у живій клітині. Невеликі зміни конформації білка спостерігаються під час взаємодії їх з іншими молекулами при виконанні біологічної функції. Наприклад, конформація міоглобіну (білка м'язів, який депонує кисень, див. далі) із приєднаним до нього киснем відрізняється від конформації міоглобіну у відсутності кисню. Приєднання кисню ніби «розпрямляє» структуру міоглобіну, і відбувається переміщення ділянки поліпептидного ланцюга, тобто дещо змінюється конформація міоглобіну.

Структурна організація фібрилярних білків має ряд особливостей у порівнянні з глобулярними білками. Якщо для глобулярного білка його третинна структура утворюється шляхом укладання в просторі одного поліпептидного ланцюга, а четвертинна - декількох ланцюгів, то у фібрилярних білків уже при формуванні вторинної структури беруть участь декілька поліпептидних ланцюгів. Молекули фі-брилярних білків побудовані найчастіше з декількох поліпептидних ниток, які мають структуру а-спіралі (а-кератин, міозин), в-склад-частих шарів (в-кератин, фіброїн шовку) або скручених у особливий вид спіралі - колагени (див.вище). Утворення поліпептидними ланцюгами довгих витягнутих за формою молекул і буде в цілому характеризувати третинну структуру фібрилярних білків.

Білки волосся, рогів, шкіри, покривних тканин (а-кератини) складаються із 3-7 паралельних поліпептидних ланцюгів (зв'язаних між собою дисульфідними зв'язками), які, скручуючись разом, утворять суперспіраль. Із суперспіральних структур формуються мікрофі-брили діаметром біля 0,2 нм. Кератини існують в а- і в-конфор-маціях. При обробці а-кератинів гарячим паром порушується система внутрішньоланцюгових водневих зв'язків у кожному поліпептид-ному ланцюзі, і при їхньому розтягненні вони переходять у стан в-складчастих структур (в-кератин). У в-кератині водневі зв'язки утворюються між окремими поліпептидними нитками. Структурною

34

одиницею кератинів, яка повторюється уздовж усього ланцюга, є по-

слідовність: -цис-цис-глу-про-сер-. Структура, подібна до Р-кератину, лежить в основі будови м'язових білків міозину і тропоміозину. Схожу з Р-кератином просторову структуру має також фіброїн натурального шовку. У фіброїні сусідні ланцюги тільки антипаралельні, і дисуль-фідних зв'язків між ланцюгами немає. Структурною одиницею, що повторюється впродовж усього ланцюга, є, переважно, послідовність: -глі-сер-глі-ала-глі-ала-.

Описано декілька типів колагенів, які різняться між собою набором поліпептидних ланцюгів, амінокислотним складом. Фібрили колагену утворюються з молекул тропоколагену при сполученні «кінець до кінця» і «бік попри бік»: тобто, в сутності, тропоколаген є субодиницею фібрил колагену. Укладання тропоколагенових суб-одиниць у четвертинну структуру колагену відбувається щаблепо-дібно (рис. 13).

Рис.13. Щаблеподібне укладання тропоколагену в колагені У киплячій воді колаген розчиняється, утворюючи розчин жела-

тину, котрий після охолодження перетворюється на гель.

На рис. 14 наведено будову третинної структури міоглобіну.

Рис. 14. Модель третинної структури молекули міоглобіну (за Д. Кендрю)

Міоглобін - білок із відносно невеликою молекулярною масою (17500), який зв'язує кисень у м'язах. Його молекула складається з одного поліпептидного ланцюга, котрий містить 153 амінокислотні





35

залишки, і однієї залізовмісної групи, що називається гемом. Д. Кен-др'ю і його співробітники визначили повну просторову структуру міоглобіну кашалота.

На рисунку 14 показано хід поліпептидного ланцюга і розташування а-спіральних ділянок (75\%). Молекула містить 8 спіральних ділянок, які межують з ділянками, що мають структуру безладно згорнутого клубка. Молекула міоглобіну компактна, причому всередині її містяться декілька молекул води (не більше чотирьох), майже всі полярні групи (арг, асп, гіс, сер, тре, тир) знаходяться на поверхні молекули, отже, контактують з молекулами розчинника, полярні групи гідратовані; внутрішня частина молекули складається з гідрофобних залишків.

Навпаки, для преальбуміну (рис. 15) характерним є дуже високий

вміст структур типу «складчастого листа», які утворюють основне ядро

білкової молекули (на рисунку стрілками вказані Р-структури, Ю.А.Овчинников, 1987 р.).

Ще виразнішою конформацією відзначається фермент лактатдегідрогеназа, у структурі якого впорядковані «згустки» Р-структур у центрі молекули оточені а-спіралями різної довжини (рис. 16).

Рис.15. Схема укладання поліпептидного ланцюга в преальбуміні





Рис.16. Схема укладання поліпептидного ланцюга

в домені І лактатдегідрогенази
скачати

© Усі права захищені
написати до нас