3.6. Функционирование белка

Каждый белок уникален по строению и выполняемой функции. Для выполнения белком его специфических функций и придания ему активности необходимым условием является присоединение к нему другого вещества лиганда.

Лигандами могут быть как низкомолекулярные вещества, так и макромолекулы, в том числе и белок. Взаимодействие белка с лигандом специфично и определяется участком белковой молекулы, называемым активным центром или центром связывания белка с лигандом.

Активный центр – это участок молекулярного белка, имеющий фор- му щели или узкого углубления – кармана; сформирован радикалами аминокислот, собранными на определенном пространстве в процессе фолдинга третичной структуры данного белка и способных комплиментарно связываться с лигандом. В линейном пептиде эти радикалы отстоят далеко друг от друга. Каждая аминокислота благодаря своему размеру и хими- ческим свойствам придает определенный «рельеф» активному центру, который приобретает структуру трехмерного образования. Свойства активного центра зависят от химических свойств аминокислотных остатков в его составе и их точной взаимной ориентации в пространстве. Поэтому малейшие изменения в структуре белка приводят к изменению химических и физических свойств радикалов, нарушают структуру активного центра и связывание белка с лигандом. Подобное наблюдается при денатурации, когда активный центр разрушается и утрачивается функциональная активность белка.

Активный центр может занимать небольшой участок молекулы белка (в гемоглобине – это молекула железа) или быть значительной его частью (контактные поверхности протомеров гемоглобина); может располагаться между доменами белка, причем эти домены могут перемещаться друг относительно друга при взаимодействии с лигандом. Между доменами гексакиназы (фермента фосфорилирования глюкозы) находится активный центр. При связывании глюкозы с гексакиназой, домены последней сближается и глюкоза оказывается в «ловушке», что облегчает ее дальнейшее фосфорилирование (рис.37).

Количество активных центров может быть одно или несколько. У каждого протомера гемоглобина имеется 3 центра для связывания с другими протомерами, один для связи –с гемом и несколько с другими лигандами: О2, СО₂, Н⁺ и бифосфоглицератом. Связывание белка с лигандом высокоспецифично и обеспечивается комплиментарностью структуры активного центра белка структуре лиганда (рис.38).

Рис.37.Связывание гексо-

киназы с глюкозой

Рис.38. Взаимодействие белка с лигандом

Комплементарность в данном случае подразумевает пространственное и химическое соответствие взаимодействующих молекул. Лиганд должен пространственно совпадать с конформацией активного центра, затем между лигандом и радикалами активного центра возникают химические связи, удерживающие лиганд в активном центре. Связи могут быть как ковалент- ными, так и не ковалентными.

Способность белков избирательно присоединять к определенным участкам своих цепей специфические лиганды лежит в основе выполнения ими своей функции и является основным их свойством.

Лигандами могут быть неорганические (часто ионы металлов) и органические низкомолекулярные и высокомолекулярные вещества. Они могут изменять свою химическую структуру при присоединении к активному центру или оставаться неизменными; присоединяться к белку только в момент функционирования (кислород, транспортируемый гемоглобином) или быть постоянно связанным с белком (железо в составе гемоглобина). В некоторых белках аминокислотные остатки, входящие в состав активного центра, не могут обеспечить функционирование данного белка. В этом случае в состав активного центра входят небелковые молекулы, которые прочно связываются с ними (активным центром) и обеспечивают его функционирование. Такие молекулы называются простетической группой. К ним относятся ионы металлов (ко-фактор), органические небелковые молекулы (кофермент).