Лекции - 2006 / 5. Аминокислоты

98

4. Аминокислоты, пептиды и белки

4.1. Аминокислоты

Все разнообразие веществ пептидной природы основано на 20 аминокис-лотах, называемых белковыми аминокислотами. Обязательным структур-ным элементом у них является атом углерода, к которому присоединена аминогруппа и карбоксильная группа, то есть они являются -аминокис-лотами. У 19 аминокислот несущий аминогруппу и карбоксильную группу атом углерода замещен еще одним радикалом, из-за чего этот атом стано-вится асимметричным. Среди белковых аминокислот есть как левовраща-ющие (-) – гистидин, пролин, серин, треонин, фенилаланин, так и право-вращающие (+) – аланин, аргинин, глютаминовая кислота, изолейцин, лизин, но все белковые аминокислоты имеют L-конфигурацию по этому атому углерода. Величина и знак удельного вращения используются в ана-литических целях, но при изучении строения производных хиральных молекул гораздо важнее их абсолютная конфигурация.

При рассмотрении пространственной конфигурации углеводов были пред-ставлены фишеровские плоскостные структуры стереоизомеров глицери-нового альдегида. Сейчас методом рентгеноструктурного анализа установ-лено, что с учетом тетраэдрического строения sp³-гибридизованного атома углерода при левом расположения гидроксильной группы у левовращаю-щего глицеринового альдегида формильная группа и гидроксиметильная группа расположены за плоскостью, проходящей через асимметрический атом углерода, а атом водорода и гидроксигруппа направлены вперед.

От глицеринового альдегида можно без обращения конфигурации, заменив альдегидную группу на карбоксильную, восстановив гидроксиметильную группу до метильной и заменив гидроксигруппу на аминогруппу, перейти к простейшей аминокислоте с асимметрическим атомом углерода – алани-ну. При этом оказывается, что выделяемый из белков аланин соответствует по конфигурации L‑глицериновому альдегиду. То же самое оказалось действительным и для 18 других оптически активных аминокислот. Две белковых аминокислоты – треонин и изолейцин – имеют еще один асим-метрический атом углерода, но и здесь в живой природе встречается только один пространственный изомер, хотя обычный синтез приводит с равной вероятностью к образованию четырех изомеров, представляющих собой две пары диастереомеров.

В химии аминокислот более удобно изображать их пространственное стро-ение, помещая в одну плоскость аминогруппу и карбоксильную группу. Тогда атом водорода у L‑аминокислот будет расположен за этой плос-костью, а группа R перед ней

или

Идентичность белковых аминокислот по конфигурации у этого атома угле-рода демонстрируется ферментными превращениями, которые специфич-ны по субстрату. Так, например, для разделения рацемической смеси ами-нокислот можно использовать предложенный Гринштейном прием, осно-ванный на обработке ферментом ацетилазой рацемической смеси N‑аце-тильных производных L- и D-аминокислоты, превращающейся при этом в легко разделяемую смесь L‑аминокислоты и N-ацетилзамещенной D-ами-нокислоты, поскольку ферментативный гидролиз затрагивает только про-изводные L‑аминокислот.

Существуют различные классификации белковых аминокислот по замес-тителям в радикале R, но проще всего различать аминокислоты с нейт-ральными, кислыми и основными группами в фрагментах, соединенных с атомом углерода, несущим аминогруппу и карбоксильную группу. К ами-нокислотам с нейтральными R относятся глицин (Гли, Gly, G), аланин (Ала, Ala, A), валин (Вал, Val, V), лейцин (Лей, Leu, L), изолейцин (Иле, Ile, I), метионин (Мет, Met, M), серин (Сер, Ser, S), треонин (Тре, Thr, T), цистеин (Цис, Cys, C), фенилаланин (Фен, Phe, F), тирозин (Тир, Tyr, Y), триптофан (Трп, Trp, W), аспарагин (Асн, Asn, N), глютамин (Глн, Gln, Q), пролин (Про, Pro, P). В некоторых классификациях эту группу подраз-деляют на аминокислоты с полярными и неполярными R, но такое выделе-ние неизбежно будет носить субъективный характер. Аминокислоты с карбоксильными группами в радикале R (кислые аминокислоты) – это аспарагиновая кислота (Асп, Asp, D) и глютаминовая кислота (Глу, Glu, E). И, наконец, аминокислоты с основными группами в радикале R – это гис-тидин (Гис, His, H), лизин (Лиз, Lys, K) и аргинин (Арг, Arg, R).

Обозначения аминокислот трехбуквенными символами используются для краткого изображения олигопептидов, а для полипептидов и белков даже такие символы оказались слишком длинными и сейчас все чаще и чаще используют однобуквенные символы.

Названия аминокислот сложились исторически. Так, глицин, выделенный из продуктов гидролиза желатина, имеет сладкий вкус; лейцин (лейкос – белый) из мышечной ткани, тирозин (тирос – сыр) из казеина, цистин – продукт окисления цистеина – был выделен из камней мочевого пузыря (кистос – пузырь) и т. д.

Понятно, что большие молекулы пептидов и белков сворачиваются в ком-пактные образования, стабилизированные солевыми связями, водородны-ми связями и гидрофобными взаимодействиями. Роль аминокислот с али-фатическими неполярными группами сводится к образованию гидро-фобных зон и гидрофобных «карманов» в молекулах белков. Слабые гидрофобные взаимодействия между алифатическими группами позволяют белковым молекулам легко перестраиваться в структуры с минимумом энергии в ответ на связывание функциональных групп на поверхности бел-ковой молекулы с соответствующими субстратами или на изменение рН среды. Такие структурные перестройки лежат в основе функционирования рецепторных участков сенсорных клеток, транспортных белков, ферментов и вообще всех проявлений роли белков в живой природе. Аланин (R = CH₃), валин (R = (CH₃)₂CH), лейцин (R = (CH₃)₂CHCH₂) и изолейцин (R = C₂H₅CH(CH₃)CH):

могут быть использованы организмом в качестве источника энергии, но в первую очередь это основной материал для построения белков мышечной ткани.

Остаток R метионина (R = СH₃SCH₂CH₂) также может выполнять роль гидрофобного фрагмента. Так, например, есть две различающихся только одной аминокислотой молекулы нейропептида энкефалина (пентапетид, участвующий в работе центральной нервной системы) – Мет-энкефалин (Тир-Гли-Гли-Фен-Мет) и Лей-энкефалин (Тир-Гли-Гли-Фен-Лей), из чего следует, что остатки R метионина и лейцина при всем их химическом различии в этом случае выполняют всего лишь роль гидрофобного фраг-мента. Кроме того, метионин входит в состав многих белков с каталити-ческими функциями. В частности, он служит донором метильных групп при биохимическом метилировании, например, аминогрупп. При этом про-межуточным продуктом является S-аденозилметионин с сульфониевой группой:

При взаимодействии с нуклеофильной молекулой S-аденозилметионин деметилируется и разлагается на аденозин и гомоцистеин (небелковая ами-нокислота, гомолог цистеина). В растениях S-аденозилметионин превра-щается в циклопропанаминокарбоновую кислоту, которая служит источ-ником этилена, регулирующего процесс созревания плодов и листопада. Метилирование метионина по атому серы приводит к сульфониевому соединению, которое может быть использовано в лечении язвы желудка

,

его даже называют витамин U от латинского названия язвы (ulcer). Еще одно важное соединение – это селеновый аналог метионина. В таком виде этот микроэлемент усваивается лучше всего. В общем случае метионин – это источник сернистых соединений для организма. Очень мало этой ами-нокислоты в белках сои, поэтому при составлении комбикормов на основе сои добавляют метионин. Метионин – это единственная аминокислота, для которой существует многотоннажное синтетическое производство. Кстати, у метионина нет необходимости в выделении L-изомера, поскольку его D‑изомер нетоксичен.

Триптофан также может выполнять роль аминокислоты с гидрофобным остатком, но его роль далеко выходит за эти рамки. Его индольная гетеро-циклическая система представляет собой донор электронов для образова-ния комплексов с переносом заряда.

Кроме того, из триптофана образуется переносчик сигналов в ЦНС (нейро-медиатор) серотонин и регулирующий сон гормон мелатонин. Экзогенный триптофан можно было бы использовать в качестве пищевой добавки со свойствами успокаивающего средства (транквилизатора), которое из-за его естественного характера, конечно, безопаснее синтетических препаратов. На рынке лекарственных средств триптофан вытеснял обычные транквили-заторы, и фармацевтические фирмы развернули против него широкую ком-панию, собрав статистику сомнительного характера о повышенной часто-те заболеваний крови у тех, кто употреблял его. Тем не менее, на основа-нии этих данных FDA (Food and Drug Administration, США) запретила использование триптофана в качестве пищевой добавки и этот запрет действует до сих пор, хотя позже было установлено, что выявленные про-тивопоказания были связаны с употреблением триптофана, произведен-ного по упрощенной технологии одной японской компанией.

Ароматический цикл фенилаланина (R = С₆Н₅СН₂) также представляет ‑электроны для образования комплексов с переносом заряда, но в этом он уступает триптофану. Важно, что фенилаланин – это предшественник практически всех биогенных веществ с бензольным циклом. В растениях эта аминокислота служит источником многих окрашенных веществ – анто-цианов, флаваноидов. Кроме того, из фенилаланина в клетках растений образуется лигнин – важная составляющая древесины. У животных из фенилаланина через тирозин образуются такие регуляторные вещества, как адреналин и дофамин, гормоны щитовидной железы и другие вещества, например, меланин, окрашивающий кожу и волосы.

Аминокислота тирозин

входит в состав многих пептидов с регуляторной и нейромедиаторной ак-тивностью. Фенилаланин в свободном виде и в составе белков легко под-вергается окислению ферментными системами клеток с образованием тирозина. Поэтому все, что было сказано выше о фенилаланине относится и к тирозину.

Амидные группы аспарагина (R = H₂NCOCH₂) и глютамина (R = H₂NCOCH₂CH₂) играют важную роль в образовании водородных связей в белковых молекулах, кроме того, амидная группа свободного, то есть не включенного в белковую молекулу глютамина, участвует в детоксикации аммиака, образующегося при дезаминировании аминокислот.

Очень важна гидроксильная группа серина (R = CH₂OH). В ферментах с гидролазной активностью она находится в каталитическом центре и при-нимает на себя ацильный остаток гидролизуемого амида или сложного эфира, а сам серин – это исходный продукт для образования глицина, который не только участвует в образовании белков, но и выполняет функ-цию нейромедиатора торможения в нейронах спинного мозга.

Участие в каталитических процессах гидроксильной группы треонина (R = СН₃CHOH), входящего в состав белковой молекулы фермента, пока не подтверждено, поэтому ее роль, очевидно, заключается только в образова-нии водородных связей и в гидрофилизации белка.

Аспарагиновая (R = HOOCCH₂) и глютаминовая кислота (R = HOOCCH₂CH₂) имеют карбоксильные группы, которые не участвуют в образовании пептидных связей. Эти карбоксильные группы представляют белкам возможность образования солей с основными группами других фрагментов аминокислот, а также для связывания с основными группами субстратов в активных центрах ферментов. -Карбоксильная группа глют-аминовой кислоты участвует в детоксикации эндогенного аммиака, пре-вращаясь в амидную (глютамин), кроме того, аминная функция глютами-новой кислоты также включена в процесс обмена аммиака через кетоглу-таровую кислоту. Глютаминовая кислота – это исходный продукт для образования -аминомасляной кислоты, выступающей в роли нейромеди-атора торможения, а сама глютаминовая кислота – это нейромедиатор воз-буждения в центральной нервной системе: до 70 % контактов между нейронами ЦНС обеспечиваются этой аминокислотой. Глютаминовая и ас-парагиновая кислота при дезаминировании превращаются в кетоглута-ровую и, соответственно, щавелевоуксусную кислоту, которые являются промежуточными продуктами в циклическом превращении лимонной кис-лоты (цикл Кребса), обеспечивающем энергетику аэробных клеток.

В составе белков аргинин представляет для образования солевых связей самое сильное органическое основание – гуанидиновую группу (R = H₂N‑C(=NH)NHCH₂CH₂CH₂). В свободном виде аргинин участвует в цик-лическом процессе, предназначенном для перевода образующегося в мета-болических превращениях аминокислот токсичного аммиака в нетоксич-ную мочевину. Кроме того, гуанидиновая группа аргинина является един-ственным эндогенным источником монооксида азота. Исследования по-следних лет (монооксиду азота присвоено звание молекулы 1992 года) по-казали, что это простейшее и очень нестойкое вещество участвует в регу-ляции тонуса кровеносных сосудов (лекарства на основе нитроглицерина и других нитратов). Отмечен положительный эффект диеты с повышенным содержанием аргинина на иммунитет и на состав липопротеинов крови, которые переносят холестерин. Диета для снижения веса также должна содержать повышенные количества аргинина, иначе уменьшение объема жировой ткани будет сопровождаться деградацией мышечной ткани.

В образовании солевых связей в белках участвует еще одна аминокислота лизин (R = H₂NCH₂CH₂СH₂СH₂), но во некоторых ферментах ее амино-группа служит для присоединения простетических групп, выполняющих главную каталитическую функцию. В качестве пищевой добавки лизин ис-пользуется для профилактики остеопороза и катаракты. Диета с повышен-ным содержанием лизина позволяет преодолеть отрицательные воздейст-вия стресса на мышечную ткань, а в количестве 1-3 г в день лизин значи-тельно облегчает течение герпесных инфекций. Лизин, как и метионин, производится в промышленном масштабе для введения в состав комби-кормов (очень мало этой аминокислоты в составе белка зерен пшеницы глиадина), но получают его микробиологическим путем.

Аминокислота с самой слабой основной группой гистидин играет важную роль в функционировании ферментов. С участием ее имидазольного фраг-мента идет перенос протонов, например, по схеме

Гистидин относится к незаменимым аминокислотам, однако обычно недо-статок в этой аминокислоте не ощущается, в полноценной белковой пище ее вполне достаточно.

К аминокислотам, которые выполняют особую роль в организации струк-туры белков, можно отнести глицин, пролин и цистеин.

У глицина отсутствует боковой радикал (R = H) и поэтому в белках он обычно играет роль вставки между аминокислотами с объемными радика-лами. Что касается пролина, то его пятичленный пирролидиновый цикл имеет углы связей, отличающиеся от углов в молекулах с ациклическими sp³-гибридизованными атомами углерода. Поэтому фрагмент пролина в молекуле белка всегда находится в точке изгиба, поворота в ее вторичной структуре. Очень важна в организации третичной структуры белка роль цистеина. Сульфгидрильные группы двух фрагментов этой аминокислоты в составе белка легко окисляются с образованием дисульфидных связей (две молекулы цистеина, соединенные дисульфидной связью – это амино-кислота цистин). Эти связи образуют поперечные сшивки между далеко отстоящими друг от друга фрагментами цистеина в пептидной цепи, фиксирующие ее в определенном положении. Этот эффект проще всего демонстрируется на химической завивке. Обработка белка волос кератина восстановителем (тиогликолевая кислота) приводит к разрыву дисульфид-ных связей, что позволяет белковым молекулам скользить по отношению друг к другу. После этого действие окислителя восстанавливает дисуль-фидные связи, но после смещения молекул эти дисульфидные мостики возникают уже в других точках, фиксируя таким образом новое положение этих молекул, то есть завивка обеспечивается образованием химической связи. Очень важна лекарственная роль цистеина. N-Ацетилцистеин ис-пользуется в качестве средства от кашля (препарат АСС), цистеином лечат колиты и потерю волос у женщин. В основе андрогенного облысения ле-жат мужские гормоны, а у женщин потеря волос чаще всего связана с недостатком серы в пище (диеты!). Однако гораздо важнее участие цисте-ина в образовании трипептида глютатиона – регулятора окислительно-восстановительных процессов, антиоксиданта и нейтрализатора попадаю-щих в организм алкилаторов (здесь используется высокая нуклеофиль-ность атома серы в сульфгидрильной группе). Недостаток глютатиона в организме приводит к возникновению злокачественных опухолей, к обост-рению сердечно-сосудистых заболеваний, диабету и артритам. Есть дан-ные о применении глютатиона в терапии ВИЧ-инфекций. Очень важно, что N-ацетилцистеин повышает уровень глютатиона больше, чем прием этого более дорогого трипептида. Одно из современных средств для лечения зло-качественных новообразований – реканкостат – представляет собой компо-зицию из цистеина, глютатиона и антоциановых красителей (черника).

Цистеин является также исходным продуктом для образования небелковой аминокислоты таурина, Н₂NCH₂CH₂SO₃H, который регулирует транспорт субстратов через клеточные мембраны. Недостаток таурина вызывает бо-лезни сердца, судорожные припадки и нарушения зрения.

Кроме приведенных двадцати аминокислот, получивших общее обозначе-ние белковых, белки могут также содержать и некоторые другие амино-кислоты. Так, например, в состав белка соединительной ткани коллагена входят 5-гидроксилизин и 4‑гидроксипролин (в их образовании участвует аскорбиновая кислота). Участвующий в свертывании крови белок про-тромбин содержит ‑карбоксиглютаминовую кислоту. Необычные амино-кислоты могут входить в состав пептидов: антибиотик – циклический декапептид грамицидин С (S) – включает две молекулы орнитина (эта аминокислота образуется при гидролитическом отщеплении мочевины от аргинина) и две молекулы D-фенилаланина, в составе многих антибио-тиков есть ‑аминоизомасляная кислота. В состав витамина фолиевой кислоты входит 4-аминобензойная кислота, а другой витамин – пантоте-новая кислота – содержит ‑аланин H₂NCH₂CH₂COOH.

Многие небелковые аминокислоты (их известно около 300) токсичны. Ча-ще всего их токсичность основана на подобии белковым аминокислотам. Системы биосинтеза встраивают их в пептидную цепь вместо соответ-ствующих белковых аминокислот, что приводит к образованию аномаль-ных белков. Таковы например пары азетидин-2-карбоновая кислота и про-лин, аланин или валин и цианаланин, аргинин и его 6-оксааналог. В трипептидном антибиотике SF-1293 содержится аминокислота фосфино-трицин – фосфинатный аналог глютаминовой кислоты. Синтетический фосфинотрицин (его другое название глюфосинат) является действующим началом экологически чистого гербицида БАСТА.

В организме человека отсутствуют биохимические системы, синтезирую-щие аргинин, гистидин, валин, лейцин, изолейцин, лизин, метионин, фенилаланин, треонин, триптофан. Эти аминокислоты обязательно должны поступать с пищей и их называют незаменимыми, то есть их недо-статок не может покрываться другими белковыми аминокислотами. При поступлении в организм достаточного количества фенилаланина он может превращаться в тирозин и покрывать потребность и в этой аминокислоте, а цистеин можно относить к заменимым аминокислотам только в том слу-чае, когда пища содержит достаточное количество метионина.

С учетом этого условия к заменимым аминокислотам относится аланин, аспарагиновая кислота, аспарагин, глютаминовая кислота, глютамин, цистеин, глицин, пролин, серин и тирозин, которые могут образовы-ваться в организме человека из других (незаменимых) аминокислот или из других продуктов метаболических превращений.

Недостаток аминокислот в пище и дефицит незаменимых аминокислот приводят к снижению уровня белков в крови, что сопровождается замед-лением образования белков в организме. Интересно, что при этом пере-стают вырабатываться и пищеварительные ферменты (они ведь тоже име-ют белковую природу) и тогда нарушается течение пищеварительных про-цессов, то есть недостаток аминокислот приводит к сокращению их посту-пления даже в тех случаях, когда они есть в пище, но в неполноценном составе или в дефиците. Дефицит цистеина, особенно на фоне алкогольной интоксикации, вызывает некроз печени, при недостаточном поступлении гистидина и триптофана развивается катаракта, а недостаток лизина и метионина приводит к анемии. Отечные явления наблюдаются при дефи-ците треонина (человек «пухнет» от голода). При исключении белков из рациона организм человека начинает терять до 25 г аминокислот в день, то есть замена белковых компонент организма новыми (как бы разбор белков на запчасти) идет так, что остаются «лишние» детали. Дефицитными по от-дельным аминокислотам могут быть белки растительного происхождения (вегетерианская диета), но пища с достаточным количеством белков жи-вотного происхождения обычно покрывает потребности в незаменимых аминокислотах, хотя в отдельных случаях, как отмечалось выше, их по-ступление в организм должно быть повышено.

Очень важен баланс белков пищи по аминокислотному составу. Если в по-требляемой пище мало даже одной какой-либо незаменимой аминокис-лоты, то все остальные аминокислоты не могут быть ассимилированы и тогда они идут на обеспечение энергетических потребностей или превра-щаются в жиры. При получении комбикормов для скота это приводит к непроизводительному расходованию белковой компоненты. Стоит воспол-нить недостаток в корме нескольких граммов такой дефицитной аминокис-лоты и привесы откармливаемого скота заметно возрастают.

Что касается питания человека, то здесь следует принимать во внимание, что наиболее чувствительны к дефициту незаменимых аминокислот дети (квашиоркор – недостаток белковой пищи у детей, слово из африканского языка суахили), но для нормального обмена веществ и взрослые должны получать с пищей немного менее 1 г белков с оптимальным составом ами-нокислот на 1 кг веса тела в день. Более всего близки к оптимальному составу аминокислот белки яиц и молока. В растительной пище и в соеди-нительной ткани животных чаще всего отсутствуют триптофан, лизин и метионин. Так, например, в картофеле понижено содержание триптофана и метионина, и для покрытия дефицита по этим аминокислотам человеку весом около 70 кг приходилось бы съедать 6 кг картофеля в день. Очень богаты белками семена бобовых, но они дефицитны по лизину, а кукуруза содержит сравнительно много лизина и мало триптофана. Комбинирование бобов и кукурузной муки (индейское блюдо суккоташ) позволяет резко сократить общее потребление этих продуктов питания, поскольку амино-кислотный состав комбинированной смеси более близок к идеальному, а энергетические потребности покрываются углеводными составляющими продукта.

4.2. Пептиды и белки

В белках и пептидах аминокислоты соединены пептидными связями, кото-рые представляют собой амидные группы, образованные карбоксильными и аминными функциональными группами у асимметрического атома угле-рода. То есть ‑карбоксильная группа аспарагиновой кислоты и -карбок-сильная группа глютаминовой кислоты, а равно и концевая аминогруппа лизина, в образовании пептидных связей не участвуют. Порядок располо-жения аминокислот в продукте их поликонденсации с образованием пеп-тидных связей, их последовательность, представляет собой то, что называ-ется первичной структурой белка или пептида

Если пептид содержит не более 20 аминокислот, то его обычно называют олигопептидом, затем идут полипептиды, а от 100 аминокислот начина-ются белки. Правда, некоторые классификации считают, что полипептиды заканчиваются на структурах из 50 аминокислот, считая промежуток меж-ду ними и белками незначащим. В составе белка или пептида концевая аминокислота со свободной -аминогруппой называется N-аминокисло-той, а концевая аминокислота со свободной -карбоксильной группой на-зывается С-аминокислотой. Существуют, конечно, и циклические пепти-ды, у которых N- и С‑аминокислоты отсутствуют. Первичный порядок пептидов в одно- и трехбуквенном изображении всегда начинается с N‑аминокислоты и заканчивается С-аминокислотой. Иногда это подчерки-вается тем, что в формуле с трехбуквенным обозначением аминокислот показывают положение аминной и карбоксильной групп, например

Met-Pro-Cys-Gly или H₂N-Met-Pro-Cys-Gly-COOH

В реальных условиях пространственная организация пептидных и тем более белковых молекул не может быть линейной. Важную роль в обра-зовании истинной структуры играют водородные связи, которые устанав-ливаются между атомами водорода NH-групп и карбонильного кислорода в чередующихся амидных связях. В простейшем случае белковая цепь за-кручивается в спираль, в которой на один виток приходится 3,6 пептидных фрагментов. Шаг такой спирали равен 0,54 нм, радикалы аминокислот R отходят от спирали, как ветви от ствола дерева. Однако такое пространст-венное расположение, получившее обозначение ‑спирали, не может быть образовано пептидной цепью из любых аминокислот. У молекулы проли-на, как уже говорилось выше, иной угол связей у атома углерода несущего аминогруппу и карбоксильную группу, и это небольшое различие оказы-вается достаточно значимым для того, чтобы внести иррегулярность в чередование пептидных фрагментов в спирали, на этой аминокислоте она всегда переходит в изгиб. Не помещаются в спирали и расположенные рядом аминокислоты с объемными заместителями, а аминокислоты с ос-новными и кислотными группами тоже нарушают эту структуру, но уже за счет солевых взаимодействий.

Еще одна возможность стабилизации определенной пространственной структуры представлена образованием водородных связей между двумя линейными параллельными или антипараллельными пептидными цепями. Это так называемая складчатая ‑структура. В ее состав также могут вхо-дить лишь пептидные участки, состоящие из сравнительно простых амино-кислот, например аланина, глицина, пролина. В соответствии с принятой классификацией структур белковых молекул -спирали, -структуры и иррегулярные участки представляют собой вторичную структуру белка, а сочетание элементов вторичной структуры в белковой молекуле с учас-тием дисульфидных связей пар цистеиновых фрагментов образуют целост-ную пространственную третичную структуру.

Первым белком, на кристалле которого с помощью рентгеноструктурного анализа которого была установлена третичная структура, стал миоглобин. Его молекула представляет собой комплекс белка и небелковой гемовой молекулы. Биологическая роль миоглобина заключается в транспорте кис-лорода внутри клетки к митохондриям и в создании запаса кислорода внутри клетки для восполнения его недостатка в экстренных ситуациях. Гемовые структуры присутствуют во многих белках с каталитическими и транспортными функциями. Атом железа, находящийся в центре порфири-новой гетероциклической системы гема, может связывать молекулу кисло-рода или же переносить электроны, меняя валентность от +2 до +3 и об-ратно. В гемоглобинах, предназначенных для переноса кислорода, у атома двухвалентного железа с координационным числом равным шести пять координаций заняты атомами азота: четыре из порфиринового цикла, пятая в перпендикулярном к плоскости молекулы гема направлении занята ато-мом азота из имидазольного фрагмента гистидина, входящего в пептидную цепочку белковой компоненты гемоглобина. Шестая противоположно на-правленная координация служит для связывания кислорода. Эта связь мо-жет заниматься и другими молекулами, так, например, монооксид углерода связывается гемом в гемоглобине в 200-250 раз прочнее, чем кислород.