3.4. Фолдинг білків : загальні уявлення

Отже, трансляція мРНК приводить до утворення пептидного ланцюгу із строго певною послідовністю амінокислотних залишків.

Як відзначалося в п. 3.1, наступний етап формування білку - фолдинг, тобто згортання пептидного ланцюга в правильну тривимірну структуру. Якщо білок складається з декількох субодиниць, то фолдинг включає і об'єднання останніх в єдину макромолекулу.

Але, щоб краще зрозуміти істоту фолдинга і його можливі механізми, нам потрібно буде спочатку коротко згадати будову білків.

3.4.1. Будова білків

Розрізняють декілька рівнів структури білків : первинну, вторинну, третинну, а для олігомерних білків - і четвертинну структури.

3.4.1.1. Первинна структура

Первинна структура це послідовність амінокислотних залишків, пов'язаних один з одним пептидними зв'язками (мал. 3.15).

Саме ця структура безпосередньо кодується послідовністю кодонів в мРНК і відтворюється при трансляції.

Принципово важливо, що практично усі 20 амінокислотних залишків, що зустрічаються в природних білках (і перечислених в таблиці. 2.1, п. 2.2.2.3), мають схожий план будови. Вони містять тричленний остов, з середнім (α-вуглеводневим) атомом якого пов'язаний той або інший радикал R.

Саме радикалами і розрізняються амінокислотні залишки. З'єднуючись один з одним пептидними зв'язками, остови залишків формують безперервний остов пептидного ланцюга, де чергуються три типи зв’язку.

Навколо одного з них (пептидному зв'язку -СО- NН -) обертання неможливі. Зате навколо двох інших зв'язків (- NН - СαН- і -СαН-СО) можливе обертання. Це і дозволяє пептидному ланцюгу згинатися самм химерним чином, що призводить до утворення вторинної і третинної структур.

3.4.1.2. Вторинна структура

Спочатку більшість фрагментів пептидного ланцюга набувають періодичного укладання того або іншого типу : α-спираль або β-структуру. Цей нижчий рівень просторової організації називається вторинною структурою.

У одній і тій же молекулі глобулярного білку можуть зустрічатись різні види вторинної структури, а також т. з. біструктурні ділянки (позбавлені вторинної структури). Співвідношення між ними в різних білках по-різному (таблиця. 3.1).

Таблиця 3.1. Розподіл амінокислотних залишків між трьома варіантами вторинної структури

Білок	α-Спіраль	β-структура	Безструктурні ділянки
ТУБУЛІН	22%	30%	48%
ІНСУЛІН	52%	6%	42%
МІОГЛОБІН	75%	0%	25%

Навпаки, у фібрілярних білках вторинна структура, як правило, одноманітна.

Так, цілком представлені α-спіраллю наступні білки: міозин, тропоміозин, α-кератин. У цих білках декілька ланцюгів з α-спираллю закручені в суперспіраль.

Білки ж тільки з β-структурой - фіброїн шовку і β-кератин (отримується з α-кератина шляхом обробки останньогого гарячою парою).

Особливий вид вторинної структури в ще одному фібрілярному білку - колагені. Він має загальні риси і з α-спираллю, і з β-структурою і називається колагеновою спіраллю.

Що ж є α-спіраль і β-структура?

а) α -Спіраль (мал. 3.16).

Тут остов пептидного ланцюга закручується в спіраль - так, що радикали амінокислот обернені назовні від спіралі.

Ця структура утримується водневими зв'язками між остовами амінокислот. Точніше, в утворенні одного такого зв'язку беруть участь група - NH - однієї амінокислоти і група -СО- іншої амінокислоти, яка в пептидному ланцюзі відокремлена від першої трьома іншими амінокислотами.

У результаті на один виток α-спіралі доводиться в середньому 3,6 амінокислотних залишків.

Важливо підкреслити, що α-спіраль (як в інших випадках - β-структура) утворюється тільки тому, що є найбільш термодинамічно вигідним станом для цієї ділянки пептидного ланцюга.

б) β-структура (мал. 3.17).

Тут остови пептидних ланцюгів не скручені в спіраль, а мають зигзагоподібну конфігурацію (структура складчастого листа).

Така структура теж утримується водневими зв'язками і між тими ж групами (- NH - і -СО -). Але тепер (якщо йдеться про глобулярний білок) для зближення цих груп і утворення зв'язків пептидний ланцюг утворює складки.

Тобто є подвійна складчастість:

- по-перше, великі складки в результаті повороту ланцюга на 180

- по-друге, дрібні вигини ланцюга в межах однієї складки.

Прилеглі одна до однієї ділянки ланцюга в β-структурі можуть бути як паралельними (йти в одному напрямі), так і антипаралельними.

У фібрілярних білках з β-структурою в утворенні воднених зв'язків беруть участь сусідні і розташовані параллельно пептидні ланцюги

Від чого ж залежить вторинна структура того або іншого білку або його фрагмента? Відповідь однозначна: вона визначається первинною структурою білку або даного фрагмента.

Іншими словами, бічні радикали амінокислот, хоча беспосередньо і не беруть участь в тих, що стабілізують цю структуру зв'язках, проте визначають, яким чином пептидний ланцюг може згорнутися для утворення таких зв'язків і чи може згорнутися взагалі.

Так, наприклад, залишки проліну і гідроксипроліну повністю виключають утворення у своєму локусі як α-спірали, так і β-структури. Однойменно заряджені радикали амінокислот, якщо вони знаходяться в ланцюзі близько один від одного, із-за взаємного відштовхування не можуть зближуватися в α-спірали. І так далі.

Звідси і виходить типове для кожного білку розташування між різними типами вторинної структури (див. таблицю. 3.1).