УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ СТРУКТУРЫ БЕЛКОВЫХ МОЛЕКУЛ.

Все белки, являясь по химической природе полипептидами, тем не менее отличаются друг от друга строением и свойствами. Эти различия, обусловлены тем, какие аминокислоты входят в состав данного белка; в каком количественном соотношении они представлены, особенностями конфигурации и конформации белковой молекулы.

Конфигурация - линейная последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи, связанных между собой ковалентными связями (первичная структура). ^и

Конформация - способ укладки полипептидной цепи в определенном объеме пространства.

У полипептидной цепи может быть только одна конфигурация, но множество конформации, поскольку одна и таже Полипептидная цепь может быть упакована в пространстве множеством различных способов.

Принято выделять несколько уровней структурной организации трехмерной структуры белковых молекул:

1. Первичная структура - последовательность расположения аминокислотных остатков в полипептидной цепи.

2 . Вторичная структура - это пространственная структура - характер (способ) упаковки остова полипептидной цепи, формирующейся за счет взаимодействия между собой соседних (близко расположенных) аминокислотных радикалов.

3 . Третичная структура - способ укладки всей полипептидной цепи в определенном объеме пространства, обусловленный взаимодействием удаленных друг от друга по ходу полипептидной цепи аминокислотных радикалов, а также за счет их взаимодействия с окружающими белковую молекулу молекулами растворителя с образованием определенной трехмерной пространственной структуры.

4. Четвертичная структура. Этот термин применим только к тем белкам, в состав которых входит несколько полипептидных цепей, именуемых обычно протомерами. Четвертичная структура есть пространственное взаиморасположение протомеров в молекуле белка, имеющего олигомерную структуру.

Следует отметить, что каждый последующий уровень структурной организации базируется на предшествующих. Так, вторичная структура формируется на основе первичной структуры. Точно так же, четвертичная структура формируется из субъединиц, каждая из которых имеет определенную первичную, вторичную и третичную структуры.

Далее мы переходим к последовательному рассмотрению отдельных уровней организации структуры белковых молекул.

2. ПЕРВИЧНАЯ СТРУКТУРА БЕЛКА

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

Конец полипептидной цепи, имеющий свободную a-NH₂-rpynny называется N-концом, а конец, имеющий свободную а-СООН-группу - С-концом. Название цепи строится исходя из названия входящих в нее аминокислотных остатков, перечиление которых идет в направлении от N-конца к С-концу, причем аминокислотные остатки не имеющие свободной а-карбоксильной группы приобретают окончание «ИЛ», а С-концевая аминокислота (у нее а-карбоксильная группа свободна) сохраняет свое название: Цистеил-аланил-серил-.. -валин.Анализ первичной структуры различных белков позволяет сделать несколько важных заключений: 1. Каждый индивидуальный белок имеет свою уникальную последовательность аминокислот.

2 . В очень редких случаях одна и таже аминокислота встречается в полипептидной цепи более 3 раза подряд.

3 . Ни в одном глобулярном белке не обнаружено часто повторяющихся последовательностей аминокислот по типу АВСДАВСДАВСД.

4. Короткие последовательности из двух или трех аминокислот встречаются в белках во всевозможных сочетаниях, однако какой-либо периодичности при этом не наблюдается.

5 . Нет какой-либо видимой регулярности в отношении числа и положения дисульфидных мостиков: одни белки не содержат ни одной из -S-S- связи, тогда как в других белках их может быть несколько.

Из всего сказанного понятно, что первичная структура различных белков, выделенных из тканей одного и того же организма, различна.

Однако, как обстоит дело с одним и тем же белком, но выделенным из тканей различных животных? Такие белки, как правило, имеют сходную, но не идентичную первичную структуру, эти различия детерминированы на генетическом уровне. Такие белки получили название гомологичных белков. Это явление есть не что иное, как проявление видовой специфичности на молекулярном уровне.

В качестве примера можно взять белок инсулин, имеющий в своем составе 51 аминокислотный остаток. Инсулин человека отличается от инсулина свиньи или кролика всего лишь на одну аминокислоту, от инсулина быка - 3, от инсулина цыпленка - 7. Сходство по структуре инсулина человека и инсулина некоторых животных позволяет использовать эти виды инсулина для лечения заболевания человека, вызванного его недостаточностью (сахарный диабет).

Второй вопрос - как обстоит дело со структурой белков, выполняющих одинаковые функции в организмах одного биологического вида, но различающихся по свойствам. Иногда даже удается обнаружить несколько вариантов одного и того же белка у одной особи (альбумины А и В или несколько вариантов гаптоглобинов а плазме крови одного и того же человека). Различия в Лруктуре этих вариантов белков детерминировано на уровне генома. Подобного рода белки получили название полиморфных белков или изобелков. В таком случае каждый биологический индивидуум состоит из своего набора полиморфных белков, и именно в этом причина его индивидуальности, его неповторимости, уникальности его биологических свойств.

Для медицины существенное значение имеют два аспекта этой индивидуальности: во-первых, каждый человек в определенной мере по своему реагирует на изменяющиеся условия внешней среды; во-вторых, каждый больной с определенной степенью индивидуальности реагирует на одинаковые лечебные мероприятия, назначаемые врачом при том или ином заболевании. Наконец, биохимическая индивидуальность является главной причиной такого эффекта как несовместимость тканей, препятствующая широкому внедрению в медицинскую практику трансплантации тканей и органов.

Конформация полипептидных цепей молекул белка (вторичная и третичная структура). Типы внутримолекулярных связей в белках. Белки глобулярные и фибриллярные, белки с доменной структурой. Роль пространственной организации полипептидной цепи в образовании функциональных центров. Конформационные изменения при функционировании белков. Зависимость конформации белков от первичной структуры.