4.2.3. Способность к специфическим взаимодействиям как основа биологической активности белков

В основе функционирования белка лежит его способность к взаимодействию с каким-либо другим веществом - лигандом. Лигандом может быть как низкомолекулярное вещество, так и макромолекула, в том числе и другой белок. Лиганд присоединяется к определенному участку глобулярной молекулы - активному центру. Активный центр формируется в ходе образования третичной структуры белка, поэтому при денатурации белка (когда разрушается его третичная структура) белки теряют свою активность. Специфичность взаимодействия белка и лиганда объясняется комплиментарностью пространственной структуры активного центра и молекулы лиганда. Взаимодействие между белком P и лигандом L описывается уравнениями:

P + L  PL

К_св определяет сродство белка к данному лиганду; чем больше К_св, тем больше сродство.

На специфичности взаимодействия белков и лигандов основан метод разделения белков - аффинная хроматография.

4.2.4. Доменная структура белков

Длинные полипептидные цепи часто укладываются в несколько компактных, относительно независимых областей. Они имеют самостоятельную третичную структуру и называются доменами. В некоторых белках домены выполняют самостоятельные функции, связываясь с различными лигандами. Такие белки называются многофункциональными белками. Например, протеинкиназа С имеет в своем составе домен, связывающий диациглицерол, домен, связывающий Са²⁺ и каталитический домен.

4.2.5. Ингибиторы функций белков

Учитывая, что различные лиганды отличаются К_св, всегда можно подобрать вещество, похожее по структуре на природный лиганд, но имеющий большее значение К_св с данным белком. Например, СО имеет К_св в 200 раз больше, чем О₂ с гемоглобином, поэтому достаточно 0,1% СО в воздухе, чтобы заблокировать большое количество молекул гемоглобина. По такому же принципу действуют многие лекарства. Например, дитилин.

Ацетилхолин - медиатор передачи нервных импульсов на мышцу. Дитилин, имея большую К_св, блокирует рецептор, с которым связывается ацетилхолин, и вызывает эффект парализации.

4.2.6. Четвертичная структура белка.

Под четвертичной структурой белка подразумевают способ укладки в пространстве отдельных полипептидных цепей, обладающих первичной, вторичной и третичной структурой и формирование единого в структурном и функциональном отношении макромолекулярного образования. Четвертичная структура белка уникальна, как и другие уровни структурной организации. Четвертичная структура поддерживается гидрофобными взаимодействиями между контактными площадками протомеров, а также ионными связями, образующимися между заряженными и незаряженными полярными функциональными группами, находящимися на поверхности протомеров.

Олигомерные белки обладают особыми свойствами, которых нет у белков, не имеющих четвертичной структуры:

1) наличием кооперативного взаимодействия между субъединицами,

2) наличием аллостерической регуляции

Четвертичная структура белков - еще один пример удивительной мудрости природы. Рассмотрим это на примере функционирования двух белков: миоглобина (Mb) – белка мышц и гемоглобина (Hb) – белка эритроцитов. Mb и протомеры Hb имеют сходную первичную, вторичную и третичную структуры. Оба белка являются гемопротеинами и обладают способностью связывать кислород. При этом Mb обладает только третичной структурой, тогда как Hb является тетрамером и содержит по две цепи двух разных видов:  и . Их длина примерно одинакова ( − 141 а.к.,  − 146 а.к.).

Простетическая группа этих белков − гем располагается в гидрофобном кармане пептидной цепи каждого протомера, т.е. окружена неполярными остатками, за исключением 2-х остатков гистидина, расположенных по обе стороны плоскости гема. С одним из них (проксимальным гистидином) Fe²⁺ связано координационно по 5 координационному положению. Второй (дистальный) гистидин расположен почти напротив проксимального, но несколько дальше, поэтому 6-ое координационное положение Fe²⁺ остается свободным. В неоксигенированном миоглобине или протомере гемоглобина атом железа выступает из плоскости кольца в направлении проксимального гистидина на 0,03 нм. В оксигенированном миоглобине (протомере гемоглобина) кислород занимает 6-ое координационное положение атома железа, при этом Fe²⁺ не меняет степени окисления. Такого эффекта позволяет достичь гидрофобное белковое окружение гема, которое не позволяет кислороду слишком сблизиться с железом, чтобы его окислить. Железо, координируя О₂, выступает из плоскости кольца лишь на 0,01 нм. Т.о., оксигенирование миоглобина сопровождается смещением атома железа и, следовательно, проксимального гистидина и ковалентно связанных с ним аминокислотных остатков в направлении плоскости кольца. В результате белковая глобула меняет конформацию. Эти изменения в гемоглобине сопровождаются разрывом связей между протомерами, что облегчает связывание следующих молекул О₂. В результате сродство Hb к четвертой молекуле О₂ в 300 раз больше, чем к первой. Это явление называется кооперативностью изменения конформации протомеров.