Водородные связи в регулярных, повторяющихся фрагментах стабилизируют секции полипептида, образуя альфа-спиральную вторичную структуру.

Кератин, жесткий структурный белок волос, богат альфа-спиралями.

Водородная связь может также образовать бета-складчатый лист вторичной структуры в плоскости зигзага.

Обширные бета-складчатые регионы обеспечивают прочность и жесткость структурных белков, таких как фиброин шелка.

Если вторичная структура белка описывает порядок аминокислот в определенной области полипептидной цепи, то третичная – трехмерную конформацию полипептидных цепей в пространстве.

Для поддержания и стабилизации такой конформации важны три аспекта –

•между тесно сближенными остатками цистеина образуется ковалентная дисульфидная связь с образованием уникальной аминокислоты цистина,

•практически все полярные гидрофильные радикалы локализованы на поверхности молекулы, где они взаимодействуют с водой,

•неполярные гидрофобные - внутри и взаимодействуют друг с другом

Четвертичная структура характерна только для белков, состоящих из двух и более полипептидных цепей, описывает их расположение относительно друг друга. Такие белки – олигомеры, входящие в их состав цепи – протомеры или субъединицы.

Четвертичная структура – у большинства ферментов

Некоторые белки, особенно ферменты, являются олигомерами: состоят из более, чем одной полипептидной цепи.

Гемоглобин является олигомерным белком, состоящим из четырех протомеров (субъединиц): две альфа- и две бета-цепи, которые вместе с четырьмя

группами гема образуют

четвертичную структуру, обеспечивающей функциональность молекулы.

Посттрансляционная модификация белков

Посттрансляционная модификация чрезвычайно важна для функциональной активности белка. Несколько примеров –

•В молекуле полипептида обычно удаляются или модифицируются N и С концевые аминокислоты (формилметионин у прокариот и метионин у эукариот).

•Иногда модифицируются отдельные аминокислотные остатки (фосфорилирование или метилирование).

•Нередко к молекуле белка ковалентно присоединяются боковые цепи углеводородов с образованием гликопротеинов

•Полипептидные цепи могут укорачиваться

•Удаляются сигнальные последовательности (в N-концевой части некоторых белков есть сигнальные последовательности длиной до 30 аминокислот – важны для локализации и функционирования белка в клетке-мишени).

•Полипептидные цепи часто связаны с металлами (гемоглобин – с железом)

•Трехмерные структуры со специфической функцией образуются с участием белков-шаперонов – обнаружены у многих организмов

Функции белков

Белки – основа функционирования клеток. Для клеточного метаболизма кислорода – гемо- и миоглобин, коллаген и кератин – структурные белки, актин и миозин – сократительные, иммуноглобулины – в иммунной системе, еще транспортные, гистоновые и т.д.

Ферменты осуществляют биологический катализ

Белковые домены и перетасовка экзонов

Как специфические аминокислотные последовательности ассоциированы с определенными функциями белков.

Эти последовательности 50-300 аминокислот организованы в белковые домены – области белковой молекулы с уникальной стабильной конформацией, отличающейся от остальных зон этой молекулы. Разные домены обладают разными свойствами. Число доменов также варьирует Домены сохраняют свои свойства и в четвертичной структуре.

Различают домены каталитические, ДНК-связывающие и т п

1977 г. – У. Гильберт дал объяснение происхождения доменов. Функциональные области генов эукариот – из серии экзонов, возникших из предковых генов путем перетасовки в ходе эволюции. Экзоны как и белковые домены – модули, способные рекомбинировать так, что разные гены имеют сходные экзоны.

1985 г – мембранный рецептор липопротеинов низкой плотности LDL (в транспорте холестерола) – 45000 нуклеотидов и 18 экзонов, которые включают всего 2600 нуклеотидов.

Первый экзон – сигнальную последовательность (удаляется до присоединения рецептора к клеточной мембране). Следующие 5 – специфичный сайт связывания холестерола.

Второй домен 400 аминокислот (8 экзонов содержащих 3 повтора по 40 аминокислот) – гомологичен эпидермальному фактору роста мышей, сходная последовательность – в факторе свертываемости крови.

15-ый экзон – посттрансляционное добавление карбогидратной группы, оставшиеся – для закрепления рецептора на особых участках клеточной мембраны.

Таким образом, структура кодирующих рецептор LDL экзонов говорит в пользу теории об их перетасовке в ходе эволюции и не противоречит тому, что специфичные молекулярные взаимодействия опосредованы свойствами белковых доменов

Ген человеческого рецептора холестерина содержит 18 экзонов, кодирующих 5 доменов в белке.

Экзоны 2-6 включают домен для сайта связывания холестерина.

Следующие 8 экзонов содержать домен, гомологичный мышиному гормону эпидермального фактора роста (EGF). Аналогичная области также обнаружена во многих других полипептидах, в том числе 3 белках свертывания крови.

Другие экзоны соответствуют 3-м доменам, которые выполняют специфические функции.