Вопрос № 19. Функциональное значение четвертичной структуры белка. Оперативность. Преимущества олигомеров над мономерами.

Многие белки содержат в своём составе только одну полипептидную цепь. Такие белки называют мономерами. К мономерным относят и белки, состоящие из нескольких цепей, но соединённых ковалентно, например дисульфидными связями (поэтому инсулин следует рассматривать как мономерный белок).

Четвертичная структура – форма пространственной организации, свойственная только состоящим из двух и более полипептидных цепей белкам и обусловленная различными вариантами взаиморасположения и взаимодействия отдельных полипептидных цепей.

Стабилизирована теми же гидрофобными, ионными и водородными связями между радикалами, что и в третичной структуре, но между элементами разных цепей.

Отдельные полипептидные цепи в таком белке носят название протомеров, или субъединиц. Белок, содержащий в своём составе несколько протомеров, называют олигомерным.

При этом, комплексы из одинаковых субъединиц называются гомо-олигомерами (гексокиназа), а из разных — гетеро-олигомерами (ЛДГ).

Взаимодействие между протомерами – по принципу комплементарности (пространственное и химическое соответствие взаимодействующих поверхностей, формируемых радикалами). В местах контакта – слабые связи радикалов, обычно много гидрофобных радикалов.

Преимущества белков с четвертичной структурой

1.Экономия генетического материала

2. Уменьшение числа ошибок при синтезе белка

3. Качественное разнообразие белков. Кооперативный эффект субъединиц.

4. Объединение нескольких взаимосвязанных функций. Эта особенность четвертичной структуры реализуется через размещение нескольких функциональных центров по отдельным пептидным цепям объединенного в четвертичную структуру олигомерного белка. 

5. Регуляторная функция. Это главная функциональная особенность белка, которая обеспечивается его четвертичной структурой. Проявляется она рассмотренным выше кооперативным эффектом.

Кооперативные свойства – изменения в одной части молекулы приводят к изменению в других частях всех остальных.

Олигомерные белки проявляют свойства, отсутствующие у мономерных белков. Влияние четвертичной структуры на функциональные свойства белка можно рассмотреть, сравнивая строение и функции двух родственных гемсодержащих белков: миоглобина и гемоглобина. Оба белка имеют общее эволюционное происхождение, сходную конформацию отдельных полипептидных цепей и сходную функцию (участвуют в транспорте кислорода), но миоглобин - мономерный белок, а гемоглобин - тетрамер. Наличие четвертичной структуры у гемоглобина придаёт этому белку свойства, отсутствующие у миоглобина.

Миоглобин содержится в красных мышцах и участвует в резервном запасании кислорода. Причем связывается с кислород миоглобин достаточно прочно. Это мономерный белок – гем + апомиоглобин (одна полипептидная цепь). Ф-ция миоглобина - запасать О₂ в мышцах при его избытке и освобождать при недостатке - основана на способности иона Fe²⁺ обратимо связывать молекулу О₂ с образованием оксимио-глобина.

Гемоглобин - белок эритроцитов. Перенос кислорода из легких к тканям, участие в переносе углекислого газа и протонов от тканей в легкие. Это олигомерный белок, состоит из 4 субъединиц, похожих по строению на миоглобин. Может присоединять 4 молекулы кислорода. Олигомерная структура гемоглобина обеспечивает быстрое насыщение его кислородом в лёгких (образование оксигемоглобина - Нb(О₂)₄), возможность отщепления кислорода от гемоглобина в капиллярах тканей при относительно высоком парциальном давлении О₂, а также возможность регуляции сродства гемоглобина к О₂ в зависимости от потребностей тканей в кислороде.  Конформационные изменения, произошедшие в других протомерах, облегчают присоединение следующей молекулы О₂, что вызывает новые конформационные изменения в белке и ускорение связывания следующей молекулы О₂. Таким образом, олигомерный белок гемоглобин, в отличие от мономерного родственного белка миоглобина, способен присоединять к специфическим участкам 4 различных лиган-да: О₂, Н⁺, СО₂ и БФГ. Все эти лиганды присоединяются к пространственно разобщённым участкам, но конформационные изменения белка в месте присоединения одного лиганда передаются на весь олигомерный белок и изменяют сродство к нему других лигандов. Следовательно, благодаря воздействию регуляторных лигандов олигомерные белки способны приспосабливать свою конформацию и фунцию к изменениям, происходящим в окружающей среде.