Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
БХ учебник Николаев.pdf
Скачиваний:
573
Добавлен:
02.05.2015
Размер:
15.53 Mб
Скачать

Часть I. Строение информационных молекул и матричные биосинтезы

карбоксильной группой метионина и аминогруппой любой другой аминокислоты. При обработке бромцианом в молекуле белка разрушаются все такие связи и об­ разуется соответствующее число фрагментов. Для фрагментирования применяют также некоторые ферменты, избирательно гидролизующие определенные пеп­ тидные связи.

На рис. 1.7 представлена первичная структура белка (фермента) аспартатаминотрансферазы, выясненная в лабораториях Ю. А. Овчинникова и А. Е. Браунштейна.

Даже небольшие изменения первичной структуры могут значительно изме­ нять свойства белка. В эритроцитах здоровых людей содержится гемоглобин А (HbA), в котором есть фрагмент с такой последовательностью аминокислот:

Val -His-Leu-T hr-Pro-G Iu-Glu-Ly s-Ser- ...

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Небольшая часть людей имеет врожденную аномалию структуры гемоглобина: их эритроциты содержат HbS, который в шестом положении вместо глутамино­ вой кислоты содержит валин. Такой гемоглобин существенно отличается по фи­ зико-химическим и биологическим свойствам от нормального; дети, родившиеся с этой аномалией, в раннем возрасте погибают от серповидноклеточной анемии (подробнее об этой болезни см. в гл. 5).

С другой стороны, возможны варианты первичной структуры белка, никак не сказывающиеся на его функциональных свойствах. Например, HbC представляет собой вариант HbA, содержащий в шестом положении лизин вместо глутамино­ вой кислоты; HbC почти не отличается по свойствам от HbA, и люди, имеющие в эритроцитах HbC, практически здоровы.

КОНФОРМАЦИЯ ПЕПТИДНЫХ ЦЕПЕЙ В БЕЛКАХ

Пептидная цепь обладает значительной гибкостью. В результате внутрицепочечных взаимодействий она приобретает определенную пространственную структу­ ру (конформацию). Основным методом изучения трехмерной структуры белков

 

 

 

 

служит рентгеноструктурный анализ. Он осно­

 

 

 

 

ван на дифракции и интерференции рентгено­

 

 

 

 

вских лучей, проходящих через кристалл изуча­

.

.

. •

.

емого вещества. Молекулы, а следовательно, и

атомы, входящие в эти молекулы, в кристалле

 

 

 

 

,

. .

■■■« ;

; « • • • . .

занимают фиксированное положение. Рентге­

 

 

 

 

 

новы лучи при прохождении через кристалл по­

 

 

 

 

глощаются электронами, которые сами стано­

 

 

 

 

вятся вторичными излучателями. Вторичные

 

 

 

 

лучи испускаются равномерно по всем направле­

 

 

 

 

ниям, но в некоторых направлениях происхо­

 

 

 

 

дит их усиление в результате интерференции.

 

 

 

 

На фотопленке, помещенной за кристаллом,

Рис. 1.8. Рентгенограмма

после проявления обнаруживается засвеченное

аспартатаминотрансферазы

пятно в центре от пучка нерассеянных лучей,

Глава I. Строение, свойства и функции белков

2 7

вокруг которого в определенном порядке располагается много других засвеченных пятен разной интенсивности (рис. 1.8). Расположение и интенсивность этих пя­ тен зависят от распределения скоплений электронов в кристалле. Поскольку скоп­ ления электронов имеются в атомах, то можно сказать, что расположение пятен определяется расположением атомов в анализируемом кристалле. С помощью се­ рии таких рентгенограмм можно рассчитать положение каждого атома в кристал­ ле, а следовательно, и пространственное расположение аминокислотных остатков в молекуле белка (рис. 1.9).

Рис. 1.9. Пространственная структура миоглобина (диск — гем). Указаны номера каждого десятого аминокислотного остатка

Вбелках различают два уровня конформации пептидных цепей — вторичную

итретичную структуры.

Вторичная структура белков

Вторичная структура белков обусловлена прежде всего свойствами пептидного остова. Карбонильная группа и NH -группа способны образовывать водородную связь между собой:

I I

C = O - H N

I I

Минимуму свободной энергии соответствует такое состояние пептида, когда все эти группы связаны водородной связью. Иначе говоря, пептид стремится при­ нять конформацию с максимумом водородных связей. С другой стороны, возмож­ ности пространственной укладки пептидной цепи ограничиваются тем, что пеп­ тидная связь имеет частично двойной характер, и поэтому вращение вокруг нее невозможно. Атомы кислорода и водорода пептидной группы занимают транспо­ ложение. Напротив, вокруг обеих связей группы —C H - пептидного остова воз­ можно свободное вращение (рис. 1.10).

2 8 Часть I. Строение информационных молекул и матричные биосинтезы

H

H

O

 

K l

I

 

Ii

Ii

R

/ \

Рис. 1.10. Свойства пептидной группы

O

H

Вследствие этих ограничений при образовании водородных связей пептидная цепь принимает не произвольную, а строго определенную конформацию.

Известны три основных типа вторичной структуры пептидных цепей: а-спи- раль, P-структура (складчатый слой, складчатый листок) и беспорядочный клубок.

а-спираль

В а-спирали NH-rpymia данного остатка аминокис­ лоты взаимодействует с СО-группой четвертого от него остатка. В результате пептидный остов обра­ зует спираль, на каждый виток которой приходит­ ся 3,6 аминокислотного остатка. Водородные свя­ зи ориентированы вдоль оси спирали, соединяя ее витки (рис. 1.11).

P-структура

В P-структуре (синоним — складчатый слой) сег­ менты пептидной цепи располагаются параллель­ но или антипараллельно друг другу в один слой, образуя фигуру, подобную листу, сложенному гар­ мошкой (рис. 1.12). Слой может быть образован двумя или большим количеством пептидных це­ пей; смежные сегменты цепи в слое могут быть ориентированы N-концами в одну сторону (парал­ лельно) или в противоположные стороны (анти­ параллельно).

Как уже отмечено, вторичная структура белков определяется прежде всего свойствами пептидного остова. Однако ее образование зависит и от ради­ калов аминокислот. Аминокислоты различаются по способности участвовать в образовании а-спиралей или P-структур. Пептидная связь, образуемая иминогруппой пролина, отличается от других пептид­ ных связей тем, что у атома азота пептидной груп­ пы нет атома водорода (рис. 1.13). Следовательно, не может быть водородной связи, необходимой для образования вторичной структуры.

Редко встречаются в составе а-спиралей аспа­ рагин, тирозин, глицин; в составе Р-структур —

Пептидный

остов

Рис. 1.11. Строение а-спирали

Глава I. Строение, свойства и функции белков

2 9

Рис. 1.12. Складчатый слой ((3-структура)

Рис. 1.13. Пептидная связь,

образуемая пролином

глутаминовая кислота, аспарагин, гистидин, лизин, серин. Содержание а-спиралей и (3-структур в разных белках неодинаково (табл. 1.3). Как можно видеть из табли­ цы, не вся пептидная цепь уложена в а-спирали или (3-структуры.

Таблица 1.3. Встречаемость а-спиралей и (3-структур в белках (число аминокислот, вхо­ дящих в а-спирали и (3-структуры, в % от общего числа аминокислот в белке)

 

M LiMpd III

|i L ipi KIVpiJ

Супероксиддисмутаза

0

70

Химотрипсин

14

45

Карбоангидраза

20

37

Тубулин

22

30

Рибонуклеаза

26

35

Карбоксипептидаза

38

17

Лизоцим

40

12

Лактатдегидрогеназа

45

20

Инсулин

52

6

Миоглобин

80

0

Тропомиозин

100

0

Беспорядочный клубок

Некоторые участки пептидной цепи не имеют какой-либо правильной, периоди­ ческой пространственной организации: их обозначают как беспорядочный клу­ бок. Однако такие участки в каждом белке имеют свою фиксированную конфор­ мацию, которая определяется аминокислотным составом этого участка, а также вторичной и третичной структурами смежных областей, окружающих «беспоря­ дочный клубок». Тем не менее в областях беспорядочного клубка пептидная цепь может сравнительно легко изгибаться, изменять конформацию, в то время как спирали и складчатый слой представляют собой достаточно жесткие структуры.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.