4 Структурная организация белковой молекулы

Строение белковых молекул. Практически все Б. построены из 20аминокислот, принадлежащих, за исключением глицина, к L-ряду.Аминокислоты соединены между собой пептидными связями, образованными карбоксильной иаминогруппами соседних аминокислотных остатков (см. ф-лу I): 

Белковая молекула может состоять из одной или неск. цепей, содержащих от 50 до неск. сотен (иногда - более тысячи) аминокислотных остатков. Молекулы, содержащие менее 50 остатков, часто относят к пептидам. В состав мн. молекул входят остатки цистина, дисульфидные связи к-рых ковалентно связывают участки одной или неск. цепей.

В нативном состоянии макромолекулы Б. обладают специфич. конформацией. Характерная для данного Б. конформация определяетсяпоследовательностью аминокислотных остатков и стабилизируется водородными связями между пептидными и боковыми группами аминокислотных остатков, а также гидрофобными и электростатич. взаимодействиями. Большое влияние на конформацию оказывают взаимод. Б. с компонентами среды (вода, липиды и др.), в к-рой они функционируют.

Различают четыре уровня организации белковых молекул. Последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи наз. первичной структурой. Все Б. различаются по первичной структуре; потенциально возможное их число практически неограничено.

Термин "вторичная структура" относится к типу укладки полипептидных цепей. наиб. часто встречающиеся типы-правая спираль иструктура. Первая характеризуется планарностью пептидной группы; водородные связи между СО-и NH-группами пептидной цепи замыкают циклы из 13атомов (рис. 1). На 1 витокспирали приходится 3,6 остатка аминокислот, шаг спирали -0,544 нм. Значительно менее энергетически выгодны правые 3₁₀- испирали, содержащие соотв. 3 и 4,4 аминокислотных остатка на 1 виток, а также 10 и 16 атомов в циклах, образованных водородными связями. 3₁₀-Спирали встречаются сравнительно редко и образуют только очень короткие участки, к-рые обычно располагаются на концахспиралей. Предсказанные теоретически правыеспирали, а также левые 3₁₀- испирали в Б. не обнаружены.

В случаеструктуры, или структуры складчатого листа, полипептидные цепи растянуты, уложены параллельно друг другу и связаны между собой водородными связями. Остов цепи не лежит в одной плоскости, а вследствие небольших изгибов приуглеродных атомах образует слегка волнистый слой. Боковые группы располагаются перпендикулярно плоскости слоя. В Б. обнаружены два видаструктуры: с параллельным и антипараллельным направлениями цепей (рис. 2). Частный случайструктуры-изгиб, обеспечивающий поворот пептидной цепи на угол ок. 180° на протяжении отрезка, содержащего 4 аминокислотных остатка; 1-й и 4-й остатки соединены водородной связью. Относительное содержаниеспиральных участков и структур может широко варьировать. Существуют Б. с преобладаниемспиралей (ок. 75% в миоглобине и гемоглобине), тогда как осн. тип структуры многих фибриллярных Б., в т.ч. фиброина шелка и кератина волос,-структура. У многих Б. содержание иструктурных участков незначительно, однако и в этих случаях полипептидные цепи укладываются в пространстве строго определенным, характерным для каждого Б. образом.

Под третичной структурой Б. понимают расположение его полипептидной цепи в пространстве. Существ. влияние на формирование третичной структуры оказывают размер, форма и полярность аминокислотных остатков. В молекулах глобулярных Б. большая часть гидрофобных остатков скрыта внутри глобулы, а полярные группировки располагаются на ее пов-сти в гидратированном состоянии. Однако ситуация не всегда настолько проста. Связывание белка с др. молекулами, напр. фермента с его субстратом или коферментом, почти всегда осуществляется с помощью небольшого гидрофобного участка на пов-сти глобулы. Область контакта мембранных Б. с липидами формируется преим. гидрофобными остатками. Третичная структура многих Б. составляется из неск. компактных глобул, наз. доменами (рис. 3). Между собой домены обычно бывают связаны "тонкими перемычками" - вытянутыми полипептидными цепями. Пептидные связи, расположенные в этих цепях, расщепляются в первую очередь при обработке Б. протеолитич. ферментами, тогда как отдельные домены м. б. достаточно устойчивы к протеолизу. 

Термин "четвертичная структура" относится к макромолекулам, в состав к-рых входит неск. полипептидных цепей (субъединиц), не связанных между собой ковалентно. Такая структура отражает способ объединения и расположения этих субъединиц в пространстве. Между собой отдельные субъединицы соединяются водородными, ионными, гидрофобными и др. связями. Изменение рН и ионной силы р-ра, повышение т-ры или обработка детергентами обычно приводят к диссоциации макромолекулы на субъединицы. Этот процесс обратим: при устранении факторов, вызывающих диссоциацию, может происходить самопроизвольная реконструкция исходной четвертичной структуры. Явление носит общий характер: по принципу самосборки функционируют многие биол. структуры. Способность к самосборке свойственна и отдельным фрагментам Б. - доменам. Более глубокие изменения конформации Б. с нарушением третичной структуры наз. денатурацией.