Геномика. Фолдинг. (1)

Схимической точки зрения белки - это нерегулярные полимеры - полипептиды, - мономерами которых являются а-L-аминокислоты, которые соединены между собой пептидными связями.

Сточки зрения биологии (и биотехнологии белок) - это отдельный полипептид (или агрегат нескольких полипептидов) выполняющий биологическую функцию.

Процесс спонтанного сворачивания белковой нити в финальную единственно функциональную белковую глобулу называется белковым фолдингом.

Первичной структурой белка называется

последовательность расположения аминокислотных остатков в полипептидной цепи.

Макромолекулы белков состоят из одной или нескольких полипептидных целей, построенных из аминокислотных остатков. На одном, N-конце цепи находится NH2-группа, на другом, С-конце, - группа -СООН.

Аминокислоты соединяются в полипептид с помощью ковалентных пептидных связей.

Пептидная связь является жесткой, причём четыре атома, ее образующие (H-N-C=О), лежат в одной плоскости.

Вследствие образования пептидной связи, группа H-N становится потенциальным донором водородной связи, а группа О-С - её акцептором.

Аминокислоты в полипептидной цепи стремятся минимизировать свободную энергию белковой нити в водном окружении. Выигрыш в энергии достигается двумя путями:

1)образованием максимального количества внутримолекулярных связей (так образуются элементы вторичной и надвторичной структуры);

2)экранированием гидрофобных аминокислот цепи от их взаимодействия с водным окружением (гидрофобный эффект является движущей силой белкового фолдинга и образования третичной структуры белка).

Вторичной структурой белка называется упорядоченное строение полипептид-ных цепей, обусловленное водородными связями между группами С-О и N-Н разных аминокислот.

Первая конформация - а- спираль

Вторая конформация - в - структура

Складчатость в-листов возникает в результате стабилизации изгибов полипептидной цепи.

В-Изгиб - резкий поворот пептидной цепи на угол около 180 градусов на протяжении отрезка, содержащего 4 аминокислотных остатка (остатки 1 и 4 соединены водородной связью).

В-Изгиб часто встречается в глобулярных молекулах белка и находится на границах белковой глобулы. Один из четырех аминокислотных остатков, формирующих в-изгиб, обязательно является глицином, который имеет очень маленький радикал. Изгиб обычно возникает на поверхности белковой глобулы.

Участки деспирализации - часть полипептидной цепи, не представленная ни а-спиралями, ни в структурами; нужны для дальнейшего для образования третичной структуры белковой молекулы.

Третичной структурой называют распределение в пространстве всех атомов белковой молекулы. Образование третичной структуры обеспечивается взаимодействием

Эти связи имеют характер слабых нековалентных взаимодействий:

1)электростатические взаимодействия между заряженными радикалами;

2)водородные связи, в которых участвуют все аминокислоты, имеющие гидроксильные, амидные или карбоксильные группы;

3)гидрофобные взаимодействия между гидрофобными радикалами.

Стадии белкового фолдинга

1.Очень быстрое формирование элементов вторичной структуры, служащих как бы «зародышами» для образования более сложных архитектурных мотивов (за десятую долю микросекунды альфа-спираль охватывает пептид из 20-30 остатков).

2.Специфическая быстрая ассоциация некоторых элементов вторичной структуры с образованием супервторичной (надвторичной)

структуры: сочетания нескольких а-спиралей, нескольких В-цепей либо смешанные ассоциаты данных элементов.

3.Формирование «расплавленной глобулы» (создание основных элементов

третичной структуры - сочетание а-спиралей, В-тяжей, соединяющих петель и образование гидрофобного ядра молекулы).

4. Формирование нативной структуры белка. Эта стадия, связанная с перебором разных конформаций отдельными радикалами аминокислот, является, самой медленной стадией процесса сворачивания (от секунд до десятков минут).

Шапероны.

Эти белки, связываясь с развёрнутой или частично развёрнутой конформацией полипептидной цепи, не дают ей «запутаться», образовать неправильные структуры. Они удерживают частично развёрнутый белок, способствуют его переносу в разные субклеточные образования, а также создают условия для его эффективного сворачивания.

Эти белки получили название «молекулярные шапероны», образно отражающее их функцию (chaperon - пожилая дама, сопровождающая молодую девушку на балы; наставник, сопровождающий группу молодёжи).

Многие шапероны являются белками теплового шока, то есть белками, экспрессируемыми в ответ на повышение температуры или другие клеточные стрессы.