4 Вопрос Совместные представления о пространственной структуре белков.

Первичная структура белков– последовательность аминокислот. Последовательность аминокислот – видовая специфичность.

Гомологические– белки выполняющие одну и ту же функцию у разных видов организмов, эти цепи идентичны по длине.

Инвариантные аминокислоты– одинаковые аминокислоты в одинаковых положениях гомологических белков ( ответственны за функцию белков).

Вариабельные остатки– аминокислоты в гомологических белках варьирующие от вида к виду.

• Чем больше вариабельность, тем больше филогенетически далекие виды.

Например: цитохром С (104 аминокислоты) – у 60 видов 27 положения – инвариантное (отвечает за активность). У лошади и дрожжей различие в 48-ми положениях; курица и утка в 2-ух; у курицы и индейки – идентично; у свиней, коровы и овец – идентично.Дает возможность постр-ия эволюционной карты.

• Различие между гомологическими белками выявляются по иммунной реакции: антитела иммуноглобулина появляются у позвоночных в сыворотке крови и в некоторых тканях при инъекции антигена белка или других ВМС, чужеродного данному организму – иммунный ответ.

Антитела – молекулы Y – образной формы из 4-ех полипептидных цепей, имеются участки, связывающие антигены, которые комплиментарны определенным химическим структурам в молекуле антигена. Антитела иммуноглобулина высокоспецифичны.

водной плоскости

C-N вращение не возможно. В зависимости от углового вращения, которое зависит от R, полипептидная цепь в пространстве может принимать ту или иную конфигурацию. Регулярных структур может быть 2.

Паменг, Комел сравнивают ряд потенциально возможных конформаций полипептидов построением их точных моделей. Строго соблюдают эксперимент установленные для аминокислот и небольших пептидов величины угла связи и межатомные расстояния.

В 1951 г предложил 2 периодической полипептидной структуры: α – спираль и β – складчатый слой.

α – спираль – на 1 спираль приходится 3,6 аминокислотных остатков. Шаг спирали 1,5 А, угол φ = - 48⁰, ψ = -57⁰. Стабильна за счет водородных связей междуCOиN-H. Жесткая спираль.

Например: α – керотины (волосы), большинство ферментов, гемоглобин.

β – складчатый слой – более вытянутые структуры

например: β – каропсин (белок шелка), фиброин, паутина, эластин.

Дамены – присуще крупным глобулярным белкам, сверхвторичные структуры (одна и та же полипептидная цепь, в которой α – спираль и β – структурные участки взаимодействуют между собой и друг с другом, образуя ансамбли. Это структурно обособленные области молекулы, соединенные друг с другом арнирными связями.

Вторичные структуры: α – спираль и β – складчатый слой.

• Например: каллогеновая спираль. Каллоген – фибруллярный белок (у всех смоногосл.). У млекопитающих 1/3 – ¼ всех белков (белки кожи, костей, зубов, кровь, сосудов). Важен при формировании, развиваются ткани. Формирует нерастворимые упругие фибриллы.

всего 4 типа каллогена. Mr = 285000. Из 3-ех полипептидных цепей одинаковой длины. Состав цепей может быть разным или сходным. 1/3 аминокислот каллогена – глицин. Содержит много пролина и оксипролина, лизина и оксилизина. Почти нет трептофана, гистидина и аргенина.

Оксипролин и оксилизин не включаются в каллоген в процессе биосинтеза. Это определено экспериментом: крысам вскармливали оксипролин. Введение OH- группы в пролин и оксипролин в молекуле каллогена происходит на готовой полипептидной цепочке с помощью фермента пролингидроксилазы и лизингидроксилазы, который содержит в активном центре Fe²⁺ - фермент активен. Донором атома О является О₂ воздуха. Особенность реакции: для ее осуществления необходим восстановленный агент – аскорбиновая кислота, благодаря которой сохраняется ферроформа, то есть этим самым предохраняет фермент от инактивации.

Недостаток витамина С приводит к недоацелированности каллогена, что приводит к поражению кожи, ломкости сосудов => цинга.

Спирализация каждой из цепей обеспечивается силами стерического отталкивания пирамидиновых колец в остатках пиролина. При спирализации полипептидных цепей пирамидиновые кольца распологаются как можно дальше друг от друга, образуя трансспираль, которая более развернута по сравнению с α – спиралью 3 цепи, составляющие суперспираль, связаны водородными связями. Донорами Н в этой связи является NH- группы глицина, а акцепторами –COаминокислот в других цепях.

• Третичная структура. Установлено, что большинство глобулярных белков в обычном состоянии имеют компактную структуру. (например, сыворочный альбумин 584 аминокислотных остатков, если она была бы просто α – спиралью, то ее длина была бы 30 Нм, а толщина 1,1Нм. Но физико-химические измерения показали, что максимальный размер молекулы сыворочного альбумина составляет примерно 13 Нм, а d=3 Нм => полипептидная цепь плотно свернута).

• Денатурация белков. При высокой t-ре, при экстремальных значениях pH, при обработке мочевиной, белки выпадают в осадок. При этом основной ковалентный остов полипептидной цепи не изменяется, но полипептидная цепь разворачивается и происходит изменение пространственной структуры. Для данного белка в определенных условиях характерно в определенных условиях свертывание только одним способом, приобретение той формы, которая характерна для молекулы данного белка. Свертывание происходит автоматически. Такая молекула соответствует минимальной энергии.

• Третичную структуру можно определить рентгено-структурным или расчетным методами.

В 1957 г Джон Кендрю в Кембридже установил, что миоглобин кита содержит 153 аминокислотных остатка и небелковый компонент гемм. На основании расшифрованной рентгенограммы установлено:

1. Молекула миоглобина настолько компактна, что внутри молекулы может уместиться 4 молекулы воды.

2. Все полярные радикалы аминокислот, за исключением 2-ух, расположены во внешней поверхности молекулы, все они находятся в гидратированном состоянии.

3. Большая часть гидрофобных радикалов располагаются внутри глобулы, таким образом она защищена от воды.

4. Каждый из 4-х остатков пролина находится в месте изгиба полипептидной цепи. В других местах изгиба находятся остатки триаминостерина аспарадиновой кислоты.

5. Все пептидные группы имеют плоскую конфигурацию.

6. Плоская гемогруппа лежит в полости в близи поверхности молекулы.

7. Миоглобины, выделены из разных видов имеют сходную конфигурацию.

8. Глобулярные белки различных типов имеют размерную структуру.

• Причины возникновения третичной структуры гидрофобные взаимодействия между радикалами аминокислот.

1. Неполярные взаимодействия (гидрофобные).

2. Сульфидные мостики (-S-S-).

3. Водородные связи (между боковыми группами аминокислотных остатков и между NH и CO- группами пептидных связей.

4. Ионов взаимодействия 1 электростатическое притяжение противоположных зарядов боковых групп, например COO^- и NH₃⁺.

-S-S- ковалентные цистиновые мостики. Силы Ван-Дер-Ваальса называют гидрофобные взаимодействия, возникает при сближении между собой радикалов неполярных аминокислот (метильная группа и фенилаланин).

Свертывание полипептидной цепи происходит с высокой скоростью – это высокооперативный процесс.

• Четвертичная структура характерна для олигомерных белков. Олигомерные белки – соединения двух или более полипептидной цепи, объединенные в единую молекулу различного рода взаимодействиями.

Каждая полипептидная цепь, входящая в такой олигомерный белок, обладает соответствующей первичной, вторичной и третичной структурой и называется субъединицей.

Гемоглобин содержит 4 субъединицы попарно одинаковые. Каждая цепь содержит чем вирус табачной мозайки содержит 2130 одинаковых субъединиц, которые прицеплены к молекуле матричного РНК.

Четвертичные структуры стабилизируются всеми силами взаимодействия. При действии мочевины может приводить диссоциацию олигомерных белков на субъединицы. Далее возможна реконструкция четвертичной структуры. РНК полимераза содержит 5 субъединиц. Митохондриальный пируват дегидрогеназный комплекс-молекула, представляет собой ансамбль из 3-х ферментов. Включает 72 цепи.