Вопрос № 8. Вторичная структура.

Вторичная структура – регулярная пространственная конформация пептидного скелета. Роль радикалов относительно мала.

Стабилизируют ее водородные связи между функциональными группами пептидного остова, а не радикалами.

Наиболее распространенным элементом вторичной структуры является правая α-спираль (α_R). Пептидная цепь здесь изгибается винтообразно (ось выделена оранжевым цветом). α-Спираль стабилизирована почти линейными водородными связями между NH-группой и СО-группой четвертого по счету аминокислотного остатка. Таким образом, в протяженных спиральных участках каждый аминокислотный остаток принимает участие в формировании двух водородных связей. Неполярные или амфифильные α-спирали с 5-6 витками часто обеспечивают заякоривание белков в биологических мембранах. Радикалы все – на наружной стороне спирали. В образовании водородных связей участвуют практически все атомы кислорода и водорода пептидных групп. В результате ?-спираль "стягивается" множеством водородных связей.

Препятсствия для спирали:

• пролин. Его атом азота входит в состав жёсткого кольца, что исключает возможность вращения вокруг -N-CH- связи. Кроме того, у атома азота пролита, образующего пептидную связь с другой аминокислотой, нет атома водорода. В результате пролин не способен образовать водородную связь в данном месте пептидного остова, и ?-спиральная структура нарушается. Обычно в этом месте пептидной цепи возникает петля или изгиб;

• участки, где последовательно расположены несколько одинаково заряженных радикалов, между которыми возникают электростатические силы отталкивания;

• участки с близко расположенными объёмными радикалами, механически нарушающими формирование ?-спирали, например метионин, триптофан.

Вытянутые конформации пептидной цепи называются "β-складчатым листом", так как плоскости пептидных связей расположены в пространстве подобно равномерным складкам листа бумаги. B складчатых структурах также образуются поперечные межцепочечные водородные связи. Если цепи ориентированы в противоположных направлениях, структура называется антипараллельным складчатым листом (β_α), а если цепи ориентированы в одном направлении, структура называется параллельным складчатым листом (β_n). В складчатых структурах α-С-атомы располагаются на перегибах, а боковые цепи ориентированы почти перпендикулярно средней плоскости листа, попеременно вверх и вниз. Энергетически более предпочтительной оказывается β_α-складчатая структура с почти линейными H-мостиками. В растянутых складчатых листах отдельные цепи чаще всего не параллельны, а несколько изогнуты относительно друг друга.

Вопрос № 9. Третичная структура белка.

Третичная структура белка – пространственная конформация всей пептидной цепи белка, а не только пептидного скелета. При этом понятие «третичная структура», в отличие от «четвертичная структура», касается конформации макромолекулы, состоящей из одной полипептидной цепи. Образуется за счет взаимодействий радикалов аминокислот, располагающихся на значительных расстояниях друг от друга в полипетидной цепи.

Связи:

- Гидрофобные (обычно гидрофобные радикалы стремятся объединиться внутри глобулы в виде гидрофобного ядра водорастворимых белков)

- Ван-дер-Ваальсовы (в гидрофобном ядре)

- Ионные (как и все гидрофильные радикалы - на поверхности молекулы; между отрицательно заряженными карбоксильными группами радикалов аспарагиновой и глутаминовой кислот и положительно заряженными группами радикалов лизина, аргинина или гистидина)

- Водородные (между гидрофильными незаряженными группами (такими как -ОН, -CONH₂, SH-группы) и любыми другими гидрофильными группами)

- Ковалентные (дисульфидные связи, образующиеся за счёт взаимодействия SH-групп двух остатков цистеина) - такие связи распространены в белках, секретируемых клеткой во внеклеточное пространство. Полагают, что эти ковалентные связи стабилизируют кон-формацию белков вне клетки и предотвращают их денатурацию. К таким белкам относят гормон инсулин и иммуноглобулины.

Третичная структура в значительной степени предопределена первичной структурой. Усилия по предсказанию третичной структуры белка основываясь на первичной структуре известна как задача предсказания структуры белка. Третичная структура — пространственное взаимное расположение элементов вторичной структуры, стабилизированное различными типами взаимодействий (ковалентные, ионные и гидрофильно-гидрофобные). 

Супервторичная структура – устойчивые сочетания элементов вторичных структур. Это бета- бочонок (1 домен пируваткиназы), альфа-спираль-поворот-альфа-спираль (ДНК-связывающие белки), цинковый палец (ДНК-связывающие белки), лейциновая застежка-молния (гистоны).

Супервторичная структура типа бетта-бочонка

Такая структура действительно напоминает бочонок, где каждая бетта-структура расположена внутри и связана с алтфа-спиральным участком полипептидной цепи, находящимся на поверхности молекулы.

. Структурный мотив "?-спираль-поворот-?-спиралъ"

В данный структурный мотив входят две ?-спирали: одна более короткая, другая более длинная, которые соединены поворотом полипептидной цепи. Более короткая а-спираль располагается поперёк бороздки, а более длинная ?-спираль - в большой бороздке, образуя не-ковалентные специфические связи радикалов аминокислот с нуклеотидами ДНК (рис. 1-17).

Супервторичная структура в виде "цинкового пальца"

"Цинковый палец" - фрагмент белка, содержащий около 20 аминокислотных остатков, в котором атом цинка связан с радикалами четырёх аминокислот: обычно с двумя остатками цистеина и двумя - гистидина. Два близко лежащих остатка цистеина отделены от двух других остатков гистидина (или цистеина) аминокислотной последовательностью, состоящей примерно из 12 аминокислотных остатков. Этот участок белка образует ?-спираль, которая может специфично связываться с регуляторными участками большой бороздки ДНК. Специфичность взаимодействия ДНК-связывающего белка с определённой областью ДНК зависит от последовательности аминокислотных остатков, расположенных в области "цинкового пальца".

Супервторичная структура в виде "лейциновой застёжки-молнии"

Объединение протомеров или отдельных белков в комплексы иногда осуществляется с помощью структурных мотивов, называемых "лейциновая застёжка-молния".

На поверхности каждой из двух взаимодействующих полипептидных цепей или белков имеется ?-спиральный участок, содержащий по крайней мере 4 остатка лейцина. Лейциновые остатки располагаются через каждые 6 аминокислот один от другого. Так как каждый виток ?-спирали содержит 3,6 аминокислотных остатка, радикалы лейцина находятся на поверхности каждого второго витка.

Лейциновые остатки ?-спирали одного белка могут взаимодействовать с лейциновыми остатками другого белка с помощью гидрофобных взаимодействий, соединяя их вместе