2.3.2 Структура белков

Способность белков выполнять множество специфических функций (табл. 2.6) большей частью обусловлена тем обстоя­тельством, что белки могут существовать в самых различных конформациях. В целях облегчения анализа строения белков принято подразделять их структуру на три уровня, а при нали­чии нескольких полипептидных цепей рассматривают еще и чет­вертый уровень. Приведенные в табл. 2.9 данные показывают, что каждый структурный уровень определяется различными факторами, которые в сумме обеспечивают все разнообразие структур и функций белков.

Таблица 2.7. Структура белков.

2.3.3. Первичная структура

Под первичной структурой белка подразумевают свойствен­ную ему последовательность аминокислотных остатков. Первым белком, у которого удалось выяснить полную первичную структуру, был инсулин (Сэнджер и сотрудники, 1955 г.). Теперь можно считать доказанным, что для любого белка характерен не только определенный аминокислотный состав, но и специфическая аминокислотная последовательность. Как мы увидим ниже, эта последовательность определяется нуклео-тидной последовательностью ДНК.

Детальное изучение методов определения аминокислотной последовательности не входит в цели настоящей книги, поэтому мы ограничимся только самыми общими сведениями. Существует много методов расщепления белка на различные полипептидные фрагменты. Известны, например, ферменты, способные рас­щеплять связи между строго определенными аминокислотными остатками. Определить аминокислотную последовательность образующихся относительно коротких полипептидных цепей можно далее с помощью методов, разработанных Сэнджером и другими исследователями. Известные частично перекрывающиеся последовательности фрагментов белка затем комбинируют таким образом, чтобы в конце концов получить полную картину, характеризующую аминокислотную последовательность всего белка. На автоматических приборах для определения аминокислотной последовательности в белках (секвенаторах) с вращающимся реакционным сосудом можно последовательно определить до 100 аминокислотных остатков в цепи; для определения одного остатка требуется около 2 ч. Предложенный недавно газофазный метод позволил значительно снизить количество белка, необходимое для определения его аминокислотной последовательности. Например, для выяснения полной первичной структуры полипептида, состоящего из 50 аминокислотных остатков, на газофазном секвенаторе требуется 50—100 пико-молей вещества, а на анализаторе с вращающимся сосудом 1—5 наномолей вещества. Как мы увидим позднее в гл. 6, ами­нокислотная последовательность белка может быть выяснена и косвенным путем на основе результатов экспериментального определения нуклеотидной последовательности соответствующего гена.

В настоящее время известна аминокислотная последовательность многих полипептидов и белков. Пока что в белках не было обнаружено повторяющихся участков с идентичными последовательностями, хотя некоторые данные позволяют предположить, что подобная картина возможна для ряда фибрил­лярных белков. В качестве примера на рис. 2.17 приведена аминокислотная последовательность фермента из яичного белка, называемого лизоцимом. Как мы уже неоднократно отмечали, нумерация аминокислотных остатков начинается с N-koh-цевого, в данном случае лизина, и завершается С-концевым. остатком, которым в этом ферменте является лейцин.

Боковые цепи аминокислотных остатков взаимодействуют друг с другом и с непосредственным окружением белка, тем самым определяя геометрическую конфигурацию белковой молекулы. Складывание полипептидной цепи в строго определенную трехмерную структуру приводит к белковой молекуле сложной, запутанной формы типа изображенной на рис. 2.17,6 для случая лизоцима. Такое сложное пространственное строение белка детерминируется в первую очередь его первичной структурой.

Значимость первичной структуры белков становится особен­но очевидной, если учесть, что она в свою очередь определяется клеточной системой кодирования (разд. 6.1). Таким образом, аминокислотная последовательность белков является как бы тем звеном, которое соединяет главный командный центр клет­ки, ДНК, со сложными, высокоспецифичными молекулами белков, осуществляющими и регулирующими разнообразные биохимические процессы, необходимые для роста и выживания клетки.

РИС.2.6. а- аминокислотная последователность или первичная структура фермента яичного белка лизоцима; б – трехмерная (третичная) структура молекулы кристаллического лизоцима.