grad-green grad-gray grad-blue grad-red grad-pink grad-purple grad-yellow
Нести помощь людям

Вход на сайт

Вы здесь

Главная » Физиология » Молекулярная биология » Лекционный курс по Молекулярной биологии

Молекулярная структура белков

 

Лекция 3. Структура белков
Определение:
Белки - это нерегулярные полимеры, мономерами которых являются L- аминокислоты.
 
Аминокислоты
 
В природе существуют две формы стереоизомеров: L (левовращающие) и D (правовращающие). Помимо L-аминокислот, входящих в белки, в организме есть и D-аминокислоты, которые в белки не включаются.
Общая формула аминокислоты показана на рисунке.
Она верна для 19 из 20 аминокислот, встречающихся в белках. В состав белков, кроме этих 19 аминокислот, входит одна иминокислота - пролин.
Во всех аминокислотах имеется α-аминогруппа. Отсюда и название – "α -аминокислоты". В пролине – α-иминогруппа.
Классификация аминокислот, входящих в состав белков, по принципу полярности (неполярности) радикала.
1. Неполярные или гидрофобные радикалы.
Алифатические - аланин, валин, лейцин, изолейцин. Серусодержащий метионин. Ароматические - фенилаланин, триптофан. Иминокислота пролин.
2. Полярные, но незаряженные радикалы. Глицин.
Оксиаминокислоты - серин, треонин, тирозин. Содержащий сульфгидрильную группу цистеин. Содержащие амидную группу: аспарагин, глутамин.
3. Отрицательно заряженные радикалы. Аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота.
4.          Положительно заряженные радикалы. Лизин, аргинин, гистидин.
 
Первичная структура белка
 
Определение:
Первичная структура белка - это последовательность расположения аминокислотных остатков в полипептидной цепи.
Аминокислоты соединяются в полипептид с помощью ковалентных (амидных) связей.
У трипептида, состоящего из трех разных аминокислот, возможно 3! = 6 различных первичных структур.
У олигопептида, состоящего из двадцати разных аминокислот, разнообразие первичных структур 20!, это означает 2х1018.
Разнообразие первичных структур среднего по размеру белка (примерно 500 аминокислот) составляет уже порядка 20500 вариантов (если все аминокислоты представлены в эквимолярных соотношениях).
На Земле не было, нет и не будет двух людей сполностью одинаковым набором белков.
 
Вторичная структура белка
 
Определение:
Вторичная структура белка - это упорядоченное строение полипептидных цепей, обусловленное водородными связями между группами С=О и N-H разных аминокислот.
Вторичная структура может быть регулярной (α- спиралью) и нерегулярной (β-складчатой структурой). В α-спирали NH группа n-ого аминокислотного остатка взаимодействует с С=О группой (п-4)-ого аминокислотного остатка. На один виток β-спирали с диаметром 10,1 Å приходится 3,6 аминокислотных остатков. Период идентичности регулярной α-спирали - 18 аминокислот (5 витков). Нарушителем регулярной α-спирали в первую очередь является пролин. Второе по значению влияние оказывают одинаково заряженные,рядом расположенные радикалы.
β – складки могут образовывать не только одиночные, но и       рядом расположенные полипептиды, входящие в один белок.
Чистых природных альфа- или бета- белков не существует.
 
 
 
Третичная структура белка
 
Определение
Третичная структура белка - это пространственная конформация полипептида, имеющего вторичную структуру, и обусловленная взаимодействиями между радикалами.
Существует четыре типа взаимодействий между радикалами.
 
Типы взаимодействий между радикалами
1. Ковалентные связи между остатками двух цистеинов (дисульфидные мостики).
2. Ионные (электростатические) взаимодействия между противоположно заряженными аминокислотными остатками (три радикала со знаком "+" и два со знаком "-").
Например, положительно заряженная ε-аминогруппа лизина (-NH3+) притягивается отрицательно заряженной карбоксильной группой – (СОО-) глутаминовой или аспарагиновой кислоты.
3. Водородные связи.
Участвуют все аминокислоты, имеющие гидроксильные, амидные или карбоксильные группы.
4.          Гидрофобные взаимодействия. Образуются между неполярными радикалами в водной среде. Участвуют 8 аминокислот (первый класс).
 
Третичная структура белка полностью задается его первичной структурой, т.е. последовательностью аминокислот, которая в свою очередь предопределяется генетическим кодом.
Определяющими являются гидрофобные взаимодействия в силу неизбирательности (неспецифичности) и многочисленности.
Гидрофобное ядро существует у большинства белков.
 
Четвертичная структура белка
 
Определение: четвертичная структура белка - это агрегация двух или большего числа полипептидных цепей, имеющих третичную структуру, в олигомерную функционально значимую композицию.
Связи, образующие и поддерживающие четвертичную структуру, те же самые, что и при образовании третичной структуры, кроме гидрофобных.
Четвертичной структурой обладает около 5% белков, в том числе гемоглобин, иммуноглобулин, инсулин. Почти все ДНК- и РНК- полимеразы имеют четвертичную структуру.
 
Серповидно-клеточная анемия, как пример влияния на третичную и четвертичную структуру белка
 
В эритроцитах содержится гемоглобин - комплекс белка глобина с небелковой железосодержащей частью - гемом.
Глобин имеет четвертичную структуру.
Он состоит из двух альфа- и двух бета- полипептидных цепей (это названия цепей, не имеющие отношения к их вторичной структуре). В сумме это 574 аминокислоты. У всех здоровых людей на 6-ом месте от N-конца в бета-цепи находится полярная глутаминовая кислота ("-" заряженная). У больных серповидно-клеточной анемией вместо нее - неполярный валин.
Из 574 аминокислот заменено 2.
Такой гемоглобин теряет растворимость, образуется волокнистый осадок, деформирующий эритроцит.
Серповидно-клеточная анемия - заболевание генетическое. Причина - замена всего одного нуклеотида в гене, кодирующем В-цепь гемоглобина. Дети -рецессивные гомозиготы по такому аллелю не доживают до двух лет. У гетерозигот 85% нормальных и 15% дефектных эритроцитов. Доминантные гомозиготы болеют малярией, гетерозиготы - не болеют.
 
Глобулярные и фибриллярные белки
 
95% белков имеют гидрофобное ядро. 5% фибриллярные белки.
Подавляющее число глобулярных белков растворимо. Большинство фибриллярных - нерастворимо (α-кератины - на их долю приходится почти весь сухой вес волос, шерсти, рогов, копыт, ногтей, чешуи, перьев; коллаген - белок сухожилий, хрящей; фиброин - белок шелка).

Фибриллярные белки содержат большую долю заряженных аминокислоту чем глобулярные - отдельные цепи растворимы, а их комплексы неполярны и нерастворимы.

Источники: Дымшиц Г.М. Молекулярная биология: http://www.medliter.ru/?page=get&id=012131

Поделиться с друзьями:
Ваша оценка: 
3.666665
Средняя: 3.7 (3 проголосовавших)