5.Конформация петидных цепей в белках (вторичная структура). Типы химических связей, участвующих в формировании вторичной структуры. Супервторичные структуры.

Вторичная структура - это пространственное расположение полипептидной цепочки в виде α-спирали или β-складчатости безотносительно к типам боковых радикалов и их конформации. Она стабилизирована водородными связями, которые замыкаются между пептидными, амидными (-N-H) и карбонидными (-C=O)группами, т.е. входят в пептидную единицу, и дисульфидными мостиками между остатками цистеина

Полинг и Кори предложили модель вторичной структуры белка в виде левозакрученной α-спирали, в которой водородные связи замыкаются между каждой первой и четвертой аминокислотой, что позволяет сохранять нативную структуру белка, осуществление им простейших функций, защищать от разрушения. На один виток спирали приходится 3,6 аминокислотных остатка, шаг спирали составляет 0,54 нм. В образовании водородных связей принимают участие все пептидные группы, что обеспечивает максимальную стабильность, снижает гидрофильность и увеличивает гидрофобность белковой молекулы. Альфа-спираль образуется самопроизвольно и является наиболее устойчивой конформацией, отвечающей минимуму свободной энергии .

Полинг и Кори предложили и другую упорядоченную структуру - складчатый β- слой. В отличие от конденсированной α-спирали β- слои почти полностью вытянуты и могут располагаться как параллельно , так и антипараллельно 

В стабилизации данных структур также принимают участие дисульфидные мостики и водородные связи.

Супервторичная структура - это более высокий уровень организации белковой молекулы, представленный ансамблем взаимодействующих между собой вторичных структур

Некоторый специфический порядок чередова­ния вторичных структур наблюдается во многих разных по структуре и функциям белках и носит название супервторичной структуры.

Такие упорядоченные структуры часто обозначают как структурные мотивы, которые имеют специфические названия: «а-спираль—поворот—а-спи-раль», «лейциновая застежка-молния», «цинковые пальцы», «структура Р-бочонка» и др.

По наличию а-спиралей и b-структур глобуляр­ные белки могут быть разделены на 4 категории:

1.В первую категорию включены белки, в кото­рых имеются только а-спирали, например миоглобин и гемоглобин .

2.     Во вторую категорию включены белки, в кото­рых имеются а-спирали и b-структуры. ЛДГ.

3. В третью категорию включены белки, имею­щие только вторичную b-структуру. Такие структу­ры обнаружены в иммуноглобулинах, в ферменте супероксиддисмутазе

  4. В четвертую категорию включены белки, имеющие в своем составе лишь незначительное ко­личество регулярных вторичных структур. К таким белкам можно отнести небольшие богатые цистином белки или металлопротеины.

В ДНК-связывающих белках имеются общие виды супервторичных структур: «спираль—поворот—спираль», «лейциновая застежка-молния», «цинко­вые пальцы». ДНК-связывающие белки содержат центр связывания, комплементарный участку ДНК с определенной нуклеотидной последовательностью. Эти белки участвуют в регуляции действия генов.

«а- Спираль—поворот—а-спираль»

Двуспиральная структура ДНК имеет 2 бороздки: большую и малую. Большая бороздка хорошо при­способлена для связывания белков, имеющих не­большие спиральные участки.

В данный структурный мотив входят 2 ос-спирали: одна более короткая, другая более длинная, соеди­ненные поворотом полипептидной цепи.

Более короткая а-спираль располагается попе­рек бороздки ДНК, а более длинная а-спираль на­ходится в большой бороздке, образуя нековалентные специфические связи радикалов аминокислот с нуклеотидами ДНК.

«Цинковый палец»

«Цинковый палец» — фрагмент белка, содержа­щий около 20 аминокислотных остатков.

Атом цинка связан с радикалами 4 аминокислот: 2 остатков цистеина и 2 — гистидина.

В некоторых случаях вместо остатков гистидина находятся остатки цистеина.

Этот участок белка образует а-спираль, которая может специфично связываться с регуляторными участками большой бороздки ДНК.

Специфичность связывания индивидуального регуляторного ДНК-связывающего белка зависит от последовательности аминокислотных остатков, расположенных в области «цинкового пальца».

«Лейциновая застежка-молния»

Взаимодействующие белки имеют а-спиральный участок, содержащий по крайней мере 4 ос­татка лейцина.

Лейциновые остатки расположены через 6 ами­нокислот один от другого.

Так как каждый виток а-спирали содержит 3,6-аминокислотного остатка, радикалы лейцина находятся на поверхности каждого второго витка.

Лейциновые остатки а-спирали одного белка могут взаимодействовать с лейциновыми остатка­ми другого белка (гидрофобные взаимодействия), соединяя их вместе .

Многие ДНК-связывающие белки взаимодейст­вуют с ДНК в виде олигомерных структур, где субъединицы связываются друг с другом «лейци­новыми застежками». Примером таких белков мо­гут служить гистоны.

Гистоны — ядерные белки, в состав которых вхо­дит большое количество положительно заряжен­ных аминокислот — аргинина и лизина (до 80%).

Молекулы гистонов объединяются в олигомерные комплексы, содержащие 8 мономеров с по­мощью «лейциновых застежек», несмотря на силь­ный положительный заряд этих молекул.

6.Конформация петидных цепей в белках (третичная структура). Типы химических связей, участвующих в формировании третичной структуры. Доменная структура и ее роль в функционировании белков. Роль шаперонов (белки теплового шока) в формировании третичной структуры белков in vivo.

У большинства белков полипептидные цепи свернуты особым образом в компактную глобулу. Способ свертывания полипептидных цепей глобулярных белков называется третичной структурой. Третичная структура поддерживается уже обсуждавшимися выше связями трех типов — ионными, водородными и дисульфидными, а также гидрофобными взаимодействиями. В количественном отношении наиболее важны именно гидрофобные взаимодействия; белок при этом свертывается таким образом, чтобы его гидрофобные боковые цепи были скрыты внутри молекулы, а гидрофильные, наоборот, выставлены наружу

ДОМЕННАЯ СТРУКТУРА И ЕЕ РОЛЬ В ФУНКЦИОНИРОВАНИИ БЕЛКОВ 1.  Длинные полипептидные цепи часто складываются в несколько компактных, относительно независимых областей. Они имеют самостоятельную третичную структуру, напоминающую таковую глобулярных белков, и называются доменами. Благодаря доменной структуре белков легче формируется их трехмерная структура. 2.  Центры связывания белка с лигандом часто располагаются между доменами (например, центр связывания трипсина с его лигандом - пищевым белком). Разные домены в белке могут перемещаться относительно друг друга при взаимодействии с лигандом (например, в молекуле гексокиназы). В некоторых белках домены выполняют самостоятельные функции, связываясь с различными лигандами. Такие белки называются многофункциональными белками.

Правильное сворачивание ( фолдинг ) полипептидных цепей белков в клетках эукариот обеспечивается специфическими белками, называемыми шаперонами (chaperone). Шапероны необходимы для эффективного формирования третичной структуры полипептидных цепей других белков, но они не входят в состав конечной белковой структуры. 

Новосинтезированные белки после выхода с рибосом  для правильного функционирования должны укладываться в стабильные трехмерные структуры и оставаться такими на протяжении всей функциональной жизни клетки. Поддержание контроля качества структуры белка и осуществляется шаперонами, катализирующими укладку полипептидов. Сборка полипротеинов и укладка мультибелковых комплексов также осуществляется шаперонами. Шапероны связываются с гидрофобными участками неправильно уложенных белков, помогают им свернуться и достигнуть стабильной нативной структуры и, тем самым, предотвращают их включение в нерастворимые и нефункциональные агрегаты. В течение своей функциональной жизни белок может подвергаться различным стрессам и денатурации. Такие частично денатурированные белки могут стать, во-первых, мишенью протеаз, во-вторых, агрегировать и, в-третьих,  укладываться в нативную структуру с помощью шаперонов. Баланс и эффективность, с которой происходят эти три процесса, определяются соотношением компонентов, участвующих в этих реакциях