Медицинский справочник
Главная страница | Добавить статью | Поиск | RSS

Здравствуйте, Guest

Поиск:

БУДЬТЕ ЗДОРОВЫ!
ПОИСК СРЕДСТВ ЛЕЧЕНИЯ:
Google- аптека

Энциклопедия врача рекомендует:


Структура белков


ЗАДАТЬ ВОПРОС ДОКТОРУ

ПОМОЩЬ СТУДЕНТАМ


|Версия для печати|

Структура белкаПЕРВИЧНАЯ СТРУКТУРА БЕЛКОВ

Первичная структура белка несет информацию о его пространственной структуре.

1.Аминокислотные остатки в пептидной цепи белков чередуются не случайным образом, а распо­ложены в определенном порядке. Линейная после­довательность аминокислотных остатков в полипеп­тидной цепи называется первичной структурой белка.

2.     Первичная структура каждого индивидуально­го белка закодирована в молекуле ДНК (участке, называемом геном) и реализуется в ходе транс­крипции (переписывания информации на мРНК) и трансляции (синтез пептидной цепи).

3.     Каждый из 50 000 индивидуальных белков ор­ганизма человека имеет уникальную для данного индивидуального белка первичную структуру. Все молекулы индивидуального белка (например, аль­бумина) имеют одинаковое чередование амино­кислотных остатков, отличающее альбумин от лю­бого другого индивидуального белка.

4. Последовательность аминокислотных остат­ков в пептидной цепи можно рассматривать как
форму запи

си некоторой информации.

Эта информация диктует пространственную ук­ладку длинной линейной пептидной цепи в более компактную трехмерную структуру.

КОНФОРМАЦИЯ БЕЛКОВ

1. Линейные полипептидные цепи индивидуаль­ных белков за счет взаимодействия функциональ­ных групп аминокислот приобретают определен­ную пространственную трехмерную структуру, или конформацию. В глобулярных белках различают
два основных типа конформации пептидных цепей: вторичную и третичную структуры.

ВТОРИЧНАЯ СТРУКТУРА БЕЛКОВ

2. Вторичная структура белков - это пространст­венная структура, образующаяся в результате взаимодействий между функциональными груп­пами пептидного остова. При этом пептидная цепь может приобретать регулярные структуры двух типов: ос-спирали и р-структуры.

Рис. 1.2. Вторичная структура белка — а-спираль.

В ос-спирали водородные связи образуются между атомом кислорода карбоксильной группы и водородом амидного азота пептидного остова через 4 аминокислоты; боковые цепи аминокислотных остатков располагаются по периферии спирали, не участвуя в образовании водородных связей, фор­мирующих вторичную структуру (рис. 1.2).

Большие объемные остатки или остатки с одина­ковыми отталкивающимися зарядами препятству­ют формированию а-спирали.

 

Остаток пролина прерывает а-спираль благодаря его кольцевой структуре и невозможности образо­вания водородной связи из-за отсутствия водорода у атома азота в пептидной цепи.

B-Структура формируется между линейными областями одной полипептидной цепи, образуя при этом складки, или между разными полипеп­тидными цепями. Полипептидные цепи или их части могут формировать параллельные (N- и С-концы взаимодействующих пептидных цепей совпадают) или антипараллельные (N- и С-концы взаимодействующих пептидных цепей лежат в противоположных направлениях) р-структуры (рис. 1.3).

В белках также встречаются области с нерегу­лярной вторичной структурой, которые называ­ются беспорядочными клубками, хотя эти структу­ры не так сильно изменяются от одной молекулы белка к другой.

ТРЕТИЧНАЯ СТРУКТУРА БЕЛКОВ

3. Третичная структура белка — это трехмерная пространственная структура, образующаяся за счет взаимодействий между радикалами аминокислот, которые могут располагаться на значительном рас­стоянии друг от друга в пептидной цепи.

Рис. 1.3. Антипараллельная (бета-структура.)

 Гидрофобные радикалы аминокислот имеют тенденцию к объединению внутри глобулярной структуры белков с помощью так называемых гид­рофобных взаимодействий и межмолекулярных ван-дер-ваальсовых сил, образуя плотное гидро­фобное ядро. Гидрофильные ионизированные и неионизированные радикалы аминокислот в ос­новном расположены на поверхности белка и оп­ределяют его растворимость в воде.

Гидрофильные аминокислоты, оказавшиеся внут­ри гидрофобного ядра, могут взаимодействовать друг с другом с помощью ионных и водородных свя­зей (рис. 1.4).

 


 

 

Рис. 1.4. Типы связей, возникающие между радикалами аминокислот при формировании третичной структуры белка. 1 — ионная связь; 2 — водородная связь; 3 — гидрофобные взаимодействия; 4 — дисульфидная связь.

 



 

 

 

 



Рис. 1.5. Дисульфидные связи в структуре инсулина человека.

Ионные, водородные и гидрофобные связи отно­сятся к числу слабых: их энергия ненамного пре­вышает энергию теплового движения молекул при комнатной температуре.

Конформация белка поддерживается за счет воз­никновения множества таких слабых связей.

Конформационная лабильность белков — это спо­собность белков к небольшим изменениям кон-формации за счет разрыва одних и образования других слабых связей.

Третичная структура некоторых белков стабили­зирована дисульфидными связями, образующимися за счет взаимодействия SH-групп двух остатков цистеина.

Большинство внутриклеточных белков не имеет ковалентных дисульфидных связей. Их наличие характерно для секретируемых клеткой белков, на­пример дисульфидные связи имеются в молекулах инсулина, иммуноглобулинов.

Инсулин — белковый гормон, синтезирующийся в р-клетках поджелудочной железы. Секретируется клетками в ответ на повышение концентрации глю­козы в крови. В структуре инсулина имеются 2 ди­сульфидные связи, соединяющие 2 полипептидные А- и В-цепи, и 1 дисульфидная связь внутри А-цепи (рис. 1.5).

Особенности вторичной структуры белков ока­зывают влияние на характер межрадикальных вза­имодействий и третичную структуру.

4. 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 р-структур глобуляр­ные белки могут быть разделены на 4 категории:

1.В первую категорию включены белки, в кото­рых имеются только а-спирали, например миогло-бин и гемоглобин (рис. 1.6).

2.     Во вторую категорию включены белки, в кото­рых имеются а-спирали и (3-структуры. При этом а- и (3-структуры часто образуют однотипные со­четания, встречающиеся в разных индивидуаль­ных белках.

Пример. Супервторичная структура типа Р-бочонка.

 

Рис. 1.6. Вторичная структура миоглобина (а) и р-цепи гемо­глобина (б), содержащие 8 а-спиралей.

 



Фермент триозофосфатизомераза имеет супер­вторичную структуру типа Р-бочонка, где каждая (3-структура расположена внутри р-бочонка и свя­зана с а-спиральным участком полипептидной цепи, находящимся на поверхности молекулы (рис. 1.7, а).

Рис. 1.7. Супервторичная структура типа р-бочонка.

а — триозофосфатизомераза; б — домен пиру ватки назы.

 

Такая же супервторичная структура обнаружена в одном из доменов молекулы фермента пируваткиназы (рис. 1.7, б). Доменом называют часть молеку­лы, по структуре напоминающую самостоятель­ный глобулярный белок.

Еще один пример формирования супервторич­ной структуры, имеющей Р-структуры и ос-спира­ли. В одном из доменов лактатдегидрогеназы (ЛДГ) и фосфоглицераткиназы в центре располо­жены Р-структуры полипептидной цепи в виде скрученного листа и каждая р-структура связана с а-спиральным участком, расположенным на по­верхности молекулы (рис. 1.8).

 

Рис. 1.8. Вторичная структура, характерная для многих фер­ментов.

а -домен лактатдегидрогеназы; б—домен фосфоглицераткиназы.

 

3. В третью категорию включены белки, имею­щие только вторичную р-структуру. Такие структу­ры обнаружены в иммуноглобулинах, в ферменте супероксиддисмутазе (рис. 1.9).

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.9. Вторичная структура константного домена им­муноглобулина (а)

и фермента супероксиддисмутазы (б).

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

В ДНК-связывающих белках имеются общие виды супервторичных структур: «ос-спираль—поворот— ос-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»


Рис. 1.10. Связывание супервторичной

структуры «а-спи­раль—поворот—а-спираль»

в большой бороздке Д 

 


 

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

В данный структурный мотив входят 2 ос-спирали: одна более короткая, другая более длинная, соеди­ненные поворотом полипептидной цепи (рис. 1.10).

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

Часто белки, имеющие такую структуру, образу­ют димеры, в результате олигомерный белок имеет 2 супервторичные структуры.

Они располагаются на определенном расстоянии друг от друга и выступают над поверхностью белка (рис. 1.11).

Две такие структуры могут связываться с ДНК в смежных областях больших бороздок

Рис. 1.11. Связывание димера

ДНК-связывающего белка

с мо­лекулой ДНК в 2 смежных областях.


без значи­тельных изменений в структуре белков.

«Цинковый палец»

«Цинковый палец» — фрагмент белка, содержа­щий около 20 аминокислотных остатков (рис. 1.12).

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

В некоторых случаях вместо остатков гистидина находятся остатки цистеина.

Рис. 1.12. Структура участка ДНК-связывающих
белков в форме «цинкового пальца».

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 (рис. 1.13).

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 олигомер-ные комплексы, содержащие 8 мономеров с по­мощью «лейциновых застежек», несмотря на силь­ный положительный заряд этих молекул.

Резюме. Все молекулы индивидуального белка, имеющие идентичную первичную структуру, при­обретают в растворе одинаковую конформацию.

Таким образом, характер пространственной уклад­ки пептидной цепи определяется аминокислотным составом и чередованием аминокислотных остатков в цепи. Следовательно, конформация — такая же специфическая характеристика индивидуального белка, как и первичная структура.

 

Рис. 1.13. «Лейциновая застежка-молния» между

а-спираль-ными участками 2 белков.

 

 


  см. еще в категории Строение, свойства и функции белков 

Популярное:

Энциклопедия врача - это интересно:

idoktor.info


Добавьте свой комментарий:


При использовании материалов размещённых на сайте www.idoktor.info, активная ссылка на источник обязательна. Вся информация, используемая на данном сайте, представлена исключительно в ознакомительных и научных целях и не преследует никакой коммерческой выгоды, способствуя быстрейшему разъяснению вопросов в медицинской сфере. 18+ Данный сайт может содержать информацию, не предназначенную для лиц младше 18 лет.
Яндекс цитирования Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика