2 курс / Лекция 03. Вторичная-четвертичная структура белков

Эта структура плотная, внутри может быть только несколько молекул воды. Структура гуттаперчивая. Это позволяет осуществлять регуляцию процессов, немного изменяя структуру белков.

Рентгеноструктурный анализ крупных белков показал, что их полипептидная цепь складывается не в один клубок, а в несколько так называемых доменов, соединенных гибкими полипептидными отрезками.

Домен содержит фрагменты цепи до 150 аминокислотных остатков.

Большинство белков имеют доменную организацию.

Есть предположение, что разные домены отвечали за разные функции.

Возможно, что крупные белки образовались в результате слияния генов.

Домены классифицируются:

1.α/α – структура формируется только из α-спиралей

2.β/β – структура формируется только из β-тяжей

3.α/β – перемежаются. Представлен наиболее широко.

4.α + β (разделены по длине полипептидной цепи: с N-конца преобладают α, с С-конца – β -структуры).

5.Без особой структурной организации.

Пространственная структура белков индивидуальна, но при сравнении структуры различных белков у них выявляются очень похожие сочетания элементов вторичной структуры, которые называются супервторичной

структурой или белковыми мотивами.

Супервторичные структуры, или белковые мотивы

Устойчивое расположение элементов вторичной структуры.

Белковые мотивы могут быть простыми или сложнее:

1.β-α-β-петля

2.β-бочонок

3.укладка Россмана (β-α-β-α-β)

4.β-меандр – слой из трёх антипараллельных β-цепей и β-сэндвич

(Меандр – извилистая река в Греции).

5.α-спираль – поворот – α-спираль. Обнаружен у ДНК-связывающих белков, при этом длинная α-спираль укладывается в большую борозду ДНК, а маленькая – поперёк борозды.

6.Цинковый палец. Образуется с участием атома Zn и двенадцати аминокислотных остатков, образующих α-спираль. Мотив ДНК-

связывающих белков.

7.Лейциновая застёжка-молния. Встречается у гистонов, с её помощью они соединяются.

Четвертичная структура белков

Впервые структура была изучена Максом Перутцем на примере гемоглобина в Кембридже. Окончательная модель была представлена в 1959

г. (удостоен Нобелевской премии). Структура имеет определённые преимущества по отношению к третичной.

Образуется с участием субъединиц. Субъединица – это отдельная

полипептидная цепь, имеющая собственную третичную структуру.

Классический пример – гемоглобин.

Гемоглобин состоит из 4-х субъединиц: 2 α (141 аминокислотный остаток) и 2 β (146 аминокислотных остатков). Каждая субъединица содержит молекулу гема.

Структура гемоглобина

Связи, участвующие в стабилизации четвертичной структуры, те же,

что и у третичной (водородные, ионные, гидрофобные).

Как определить: белок имеет третичную структуру или четвертичную?

– Субъединицы – отдельные полипептидные цепи, имеющие собственную третичную структуру.

Почему природа выбрала четвертичную структуру?

1.Сводятся к минимуму ошибки, возникающие при биосинтезе белков. Наши рибосомы ошибаются примерно 1 раз на 10000

аминокислотных остатков.

Субъединицы, синтезированные с ошибкой, имеют изменённую третичную структуру, не стыкуются с правильными субъединицами при образовании четвертичной структуры, и отбрасываются.

2. Происходит экономия генетического материала.

Например, 4 субъединицы по 300 а.к. = 1200 а.к. Такое количество аминокислот белка кодировалось бы 1200 × 3 = 3600 п.н.

А на деле кодируется 300 × 3 = 900 п.н.

Т.е. экономия генетического материала получается в 4 раза.

У гемоглобина экономия генетического материала в 2 раза (т.к. субъединицы попарно одинаковые).

3.Четвертичной структуре принадлежит большая роль в регуляции биологической активности белков. Изменения взаиморасположения субъединиц вызывают изменение биологической активности. Это один из основных механизмов регуляции метаболизма.