3.4.1.3. Третинна структура

Про третинну структуру, зазвичай, говорять стосовно лише до глобулярних білків.

Під нею розуміють конформацію білкової глобули, тобто укладання в просторі α-спіральних, β-структурних і біструктурних ділянок пептидного ланцюга.

На відміну від вторинної, третинна структура утворюється і утримується за рахунок утворення зв'язків безпосередньо між радикалами амінокислот.

Конкретний характер цих зв'язків залежить від природи радикалів (таблиця. 3.2).

Таблиця 3 2 Типи радикалів амінокислот і утворені ними зв'язки

Типи радикалів	Відповідні амінокислоти	приблизний вміст в білках	Зв'язки, що утворюються радикалами
1) Неполярні радикали	Глн, Ала, Вал, Лей, Ілей, Мет, Фен, Три, Про	50%	"Гідрофобні" і ван-дер ваальсові (індукційні і дисперсійні) взаємодії
2) Полярні радикали, не здатні до іонізації	Сер, Тре, Цис, Тир, Гіп (гідроксипролин), Асн, Глн	20%	Водневі зв'язки Для Цис ще і дисульфідні зв'язки
3) Полярні радикали, здатні до іонізації при фізіологічному рН	Асп, Глу, Apг, Ліз, Гнл (гідроксилізин), Гіс	30%	Іонні і водневі зв'язки

Як видно з таблиці по своїх фізико-хімічних властивостям радикали усіх амінокислот поділяються на 3 групи, а утворювані між ними зв'язки зводяться до 4-5 видів.

Серед останніх один зв'язок є ковалентним - дисульфидний зв'язок між залишками цистеїну.

Інші зв'язки - нековалентні, тобто відносяться до т. з. слабким взаємодіям. Це:

• іонні зв'язки між різнойменно зарядженими (а отже, гідрофільними) радикалами

• водневі зв'язки між полярними (як зарядженими, так і незарядженими) радикалами

• гідрофобні і ван-дер-ваальсові взаємодії між неполярними (тобто гідрофобними) радикалами (мал. 3.18).

Слабкий характер іонних і водневих зв'язків в значній мірі обумовлений впливом водного середовища, в якому зазвичай знаходиться білок. Так, дипольні молекули води, орієнтуючись навколо полярних (у т. ч. заряджених) радикалів, в 80 разів знижують електричне поле заряджених радикалів і можуть самі утворювати водневі зв'язки з полярними радикалами. На руйнування цих зв'язків витрачається велика частина енергії міжрадикальної взаємодії.

Проте замикання великого числа міжрадикальних зв'язків призводить до утворення термодинамічно найбільш стійкої конфігурації нативної третинної структури білку.

При цьому радикали, що взаємодіють один з одним, можуть знаходитися у витягнутому пептидному ланцюзі дуже далеко один від одного. Зближення ж їх відбувається лише в результаті складних вигинів того ланцюга в тривимірному просторі.

У результаті утворюється глобулярна частка, причому одні радикали знаходяться усередині її, а інші на її поверхні. Зокрема, для модельного міоглобіноподібного білка розподіл радикалів виявився наступним (таблиця. 3.3).

Таблиця 3.3. Розподіл радикалів в міоглобіноподібному білку

60 внутрішніх радикалів (40 % )	93 зовнішні радикали (60 %)
У тому числі: 48 гідрофобних і 12 гідрофільних	У тому числі: 28 гідрофобних і 65 гідрофільних

Як видно з цих таблиці 3.3, основна частина гідрофобних радикалів знаходиться усередині глобули (куди вони йдуть від водної фази), а більшість гідрофільних радикалів на її поверхні. В той же час це правило не є абсолютним : деяка кількість гідрофобних радикалів залишається на поверхні.

Останнє дуже важливе для взаємодії білку з лігандами, що мають гідрофобні групи.

Взагалі, формування третинної структури грає вирішальну роль в придбанні білком властивої йому функціональної активності. Як правило саме на рівні цієї структури в білку з'являються т. з. активні центри (один або декілька) - групи з декількох радикалів, здатні специфічно взаємодіяти з визначеними лігандами.

Ці радикали знову таки на рівні первинної структури частенько знаходяться далеко один від одного і зближуються лише в процесі фолдингу.

В той же час третинна структура має певну рухливість. На конформації глобули можуть позначатися з’єднувальні чинники:

• теплові флуктуації і коливання окремих груп, коли зв'язки між ними то розриваються, то знову замикаються;

• спеціальні речовини-регулювальники;

• хімічна модифікація білку (наприклад фосфорилювання);

• само виконання білком його функції.

Зміна конформації білків найважливіший спосіб зміни їх біологічної активності, який широко використується в клітині для peгуляції різних процесів.

Ми з цим не раз вже стикались - наприклад, при обгрунтуванні механізму дії дифтерійного токсину (п. 3 3 2.2) і інтерферонів (п. 3.3.2.3). У обох випадках модифікація одного з білкових чинників трансляції змінювала його третинну структур і вела до втрати цим чинником своїй активності.