ВТОРИЧНАЯ СТРУКТУРА БЕЛКА

Вторичная структура белка может иметь упорядоченный характер (а-спираль, р-структура, коллагеновая спираль и др.) или иметь вид неупорядоченного (статистического) клубка.

а - спираль- правозакрученная спираль (в которую полипептидная цепь свертывается как телефонный шнур). 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. И С=О и N-H связи направлены параллельно оси спирали и попарно противостоят друг другу; такое их расположение оптимально для образования водородной связи, и следовательно, для стабилизации а-спирали.

п-структура - В этом случае участки полипептидных цепей или же одной и той же полипептидной цепи после ее перегиба уложенВГрядом друг с другом и соединены между собой водородными связями, образующимися опять-таки за счет взаимодействия группировок -СО- и - NH- близко расположенных участков белковой молекулы.

Различают две разновидности р-структуры:

1. р-структура с параллельным ходом полипептидных цепей (когда участки полипептидной цепи имеют одинаковое направление

NH₂-.............................>--------------------------СООН

NH₂______________>--------------------------СООН

2 . Антипараллельная р-структура возникает при взаимодействии между собой участков полипептидной цепи или цепей с противоположными направлением |

NH₂______________>--------------------------СООН

РПОН — < "МТ4

Неупорядоченный (статистический)клубок на самом деле не такой уж беспорядочный клубок - это область белка с нерегулярной вторичной структурой (т.е. по конформации их нельзя отнести ни к а - спирали, ни к р-структуре^

4. ТРЕТИЧНАЯ СТРУКТУРАБЕЛКА

Полипептидная цепь, содержащая элементы вторичной структуры, за счет пластичности неструктурированных участков складывается в определенную пространственную структуру типа нити для фибриллярных белков или типа искаженной сферы для глобулярных белков.

В стабилизации третичной структуры белковых молекул принимают участие различные типы взаимодействий:

1. Ковалентные:- дисульфидные мостики

- изопептидные связи

- сложно-эфирные связи

2. Полярные:- ионные связи

-водородные связи

-силы Ван^Адер-Ваальса (ион-диполь, ион-индуцированный диполь, диполь-диполь и т.д.)

3. Аполярноеили гидрофобное взаимодействие, основанное на стремлении белковой глобулы к повышению устойчивости системы за счет исключения контакта гидрофобных радикалов с молекулами воды.

Способность белков к небольшим изменениям конформации за счет разрыва одних и образования других слабых связей получила название конформационной лабильности белков.

Движущей силой пространственной упаковки молекулы белка является стремление гидрофобных радикалов избежать контакта с водой. Иначе говоря, полипептидная цепь самопроизвольно укладывается в глобулу так, чтобы гидрофобные радикалы были погружены внутрь глобулЦ. А сам характер укладки полипептидной цепи определяется первичной структурой белковой

молекулы.Для третичной структуры глобулярных белков характерна весьма высокая плотность упаковки. Она настолько велика, что внутрь молекулы белка не могут проникать даже молекулы воды. Полипептидная цепь складывается таким образом, что большая часть гидрофобных радикалов аминокислот оказывается внутри глобулы, образуя ее гидрофобное ядро.

По периферии глобулы находится большинство гидрофильных радикалов аминокислот. Они взаимодействуют с водной фазой, обеспечивая растворимость глобулярных белков в воде. Небольшая часть гидрофильных радикалов с полярными или заряженными группировками все же оказываются внутри глобулы. Они взаимодействуют друг с другом, участвуя тем самым в стабилизации пространственной структуры.

В то же время некоторая часть гидрофобных радикалов также оказывается на поверхности глобулы. Иногда они сгруппированы вместе, образуя гидрофобные кластеры на поверхности молекулы. Эти участки имеют существенное значение во взаимодействии белком между собой, а также при их взаимодействии с гидрофобными структурами типа углеводородных радикалов жирных кислот или липидной фазы клеточных мембран.

Некоторые структурные белки имеют на поверхности глобул так много гидрофобных радикалов, что они нерастворимы в воде. Это естественно, так как в клетке они входят в состав ее мембран и по характеру своих функций должны хорошо взаимодействовать с гидрофобной фазой мембранных структур. Характерной чертой этих белков является склонность к агрегации в водной фазе.

Третичная структура уникальна для каждого отдельного белка. Лишь при наличии этой, присущей данному белку трехмерной структуры, белок обладает определенными свойствами, в том числе, что особенно важно, свойствами биологическими. Подобного рода конформация белковой молекулы получила название нашивнойконфирмации.

Формирование этой конформации обеспечивается в результате взаимодействия аминокислотных радикалов цепи как между собой, так и с окружающими молекулами воды, т.е. представляет собой кооперативный процесс, основанный на различного типа преимущественно нековалентных взаимодействий.

Значение нативной конформации: только при одном способе упаковки полипептидной цепи в определенной части ее молекулы формируется функциональный центр, состоящий из определенного набора пространственно ориентированных друг по отношению к другу аминокислотных радикалов. Эти аминокислоты по ходу полипептидной цепи обычно расположены далеко друг от друга и сближаются лишь при формировании нативной конформации.

При формировании нативной структуры имеют значение:

1) первичная структура.

2) порядок схода синтезируемой полипептидной цепи с рибосомы

3) функционирование шаперонов - белков, корректирующих конформацию за счет перестройки дисульфидных мостиков. Белки с "неправильной" конформацией разрушаются внутриклеточными протевназами (в лизосомах).

Следует отметить, что нативная конформация белковой молекулы представляет собой в определенной степени динамическую систему. Это значит, что трехмерная структура молекулы белка может изменяться в определенных пределах. Такие конформационные изменения белковая молекула претерпевает, например, в процессе своего функционирования, взаимодействия с другими белками, нуклеиновыми кислотами или различными низкомолекулярными компонентами клетки.

У белков, образованных одной полипептидной цепью, нативная структура обычно представляет собой одно компактное образование, каждая часть которого не может существовать сама по себе, сохраняя структуру, которой она обладала в исходной глобуле. Однако в трехмерной структуре больших белков обнаруживаются не одна, а несколько в той или, иной степени независимо образованных компактных областей, получивших название ^белковых модулей или доменов. Благодаря доменной структуре белков легче формируется их трехмерная структура.

ДОМЕНЫ- области белковых молекул, самопроизвольно формирующиеся из элементов вторичной структуры, обладающие относительной структурной и функциональной активностью.

Центры связывания белка с лига\ндом часто располагаются между доменами, например в молекуле трипсина -протеолитического фермента имеется 2 домена, между которыми располагается центр связывания трипсина с его лигандом -пищевым белком. Активный центр гексокиназы - фермента, катализирующего фосфорилирование глюкозы с помощью АТФ, располагается в расщелине между 2 доменами. При связывании гексокиназы с глюкозой окружающие ее домены смыкаются и субстрат оказывается в «ловушке», где и протекает фосфорилирование.

В некоторых белках домены выполняют самостоятельные функции, связываясь с различными лигандами. Такие белки называются многофункциональными белками