Автор текста – Анисимова Елена Сергеевна.
Авторские права защищены. Продавать текст нельзя. Курсив НЕ НУЖНО зубрить.
Замечания можно присылать по почте: exam_bch@mail.ru
https://vk.com/bch_5
ПАРАГРАФ 58:
«ВТОРИЧНАЯ И ТРЕТИЧНАЯ СТРУКТУРА белков».
(См. сначала п.56 и п.57.)
Полипептидная цепь (ППЦ) способна формировать в пространстве определённую структуру за счёт взаимодействия атомов;
эти структуры получили название вторичной и третичной структуры (см. далее).
58.1. ВТОРИЧНАЯ СТРУКТУРА БЕЛКА.
1. На протяжении всей длины ППЦ (всего пептидной остова) имеются пептидные группы (НN–C=O; см. п 56; например, в ППЦ из сотни аминоацилов пептидная группы встречается 99 раз).
2. На атомых пептидных групп есть ЗАРЯДЫ: частичный положительный заряд на атоме водорода и частичный отрицательный заряд на атоме кислорода.
3. Эти частичные заряды многочисленных пептидных групп ВЗАИМОДЕЙСТВУЮТ между собой: частичные положительные заряды атомов водорода пептидных групп ПРИТЯГИВАЮТСЯ к частичным отрицательным зарядам,
образуя ВОДОРОДНЫЕ СВЯЗИ («водородные мостики») между атомами водород и атомами кислорода пептидных групп.
4. Пространственная структура (КОНФОРМАЦИЯ), которая возникает у ППЦ за счёт пептидных групп (точнее, за счёт притяжения частичных зарядов водорода и кислорода пептидных групп), и называется ВТОРИЧНОЙ СТРУКТУРОЙ БЕЛКА.
(Стабилизируется эта вторичная структура водородными связями, возникшими между атомами пептидных групп, о которых говорится в 3-м пункте).
5. Какая конкретно структура возникнет в пространстве в результате взаимодействия пептидных групп между собой – зависит от того, из каких аминоацилов с какими радикалами состоит ППЦ и в каком порядке они расположены, то есть от первичной структуры данной молекулы белка. Радикалы аминоацилов способны помешать образованию некоторых водородных связей между атомами пептидных групп.)
6. Различают определённые ТИПЫ вторичной структуры. –
1-й тип вторичной структуры: если пептидный остов образует спираль (изгибается винтообразно), то этот тип вторичной структуры называют ;-спиралью (обычно встречается правая ;-спираль, левая встречается крайне редко).
;-спираль образуется за счёт того, что атомы пептидных групп притягиваются к атомам пептидных группы недалеко расположенных аминоацилов (к атому водорода одной пептидной группы притягивается атом кислорода четвёртого по счёту аминоацила).
Этот тип распространён в глоулярных белках (см. далее) – например, в молекуле гемоглобина, ферментах.
ППЦ коллагена образует спираль (левую), которая стабилизируется не водородными не зубрите.
2-й тип вторичной структуры: два вытянутых участка ППЦ мостиками, а за счёт скручивания трёх ППЦ в тройную спираль (правую) –
могут расположиться вдоль друг друга, при этом атомы водорода одного участка соединятся водородными мостиками с атомами кислорода другого участка и зафиксируют возникшую структуру – такая вторичная структура называется ;-складчатым листом (или ;-складчатостью, ;-структурой), потому что плоскости пептидных связей расположены в пространстве, как складки листа бумаги.
Если при этом направления участков ППЦ противоположны, то структуру называют антипараллельным ;-складчатым листом, а если направления одинаковы, то – параллельным ;-складчатым листом; энергетически выгоднее антипараллельная с почти линейными водородными мостиками – см. картинки в книгах, например, в «Наглядной биохимии» Кольмана и Рёма.
3-й тип вторичной структуры: участки ППЦ могут сформировать пространственную структуру (конформацию), которая не является ни ;-спиралью, ни ;-складчатостью – в таких случаях говорят, что участок ППЦ не имеет упорядоченной структуры; и называют этот тип вторичной структуры «беспорядочным клубком».
4-й тип вторичной структуры: ;-петля. Так называют участок из (четырёх) аминоацилов, который находится в месте поворота ППЦ на 180 градусов; петля стабилизируется водородным мостиком между первым и четвёртым аминоацилами.
58.2. ТРЕТИЧНАЯ СТРУКТУРА БЕЛКА.
В молекуле белка есть ГИДРОФОБНЫЕ (то есть плохо растворимые в воде, «боящиеся воды») РАДИКАЛЫ.
Это приводит к тому, что молекула белка образует в пространстве (в водной среде) такую структуру,
чтобы гидрофобные радикалы оказались ВНУТРИ структуры;
гидрофильные («любящие воду», гидрофильные) радикалы оказываются при этом снаружи.
Это явление называется ГИДРОФОБНЫМ ЭФФЕКТОМ.
Образующаяся в результате гидрофобного эффекта структура называется ТРЕТИЧНОЙ структурой белка.
Третичная структура стабилизируется
связями, которые возникают между РАДИКАЛАМИ ППЦ:
1 – между гидрофобными радикалами образуются гидрофобные связи,
2 – между радикалами, имеющими разноимённые заряды, образуются ИОННЫЕ связи (за счёт притяжения разноимённых зарядов; например, положительные заряды на атомах азота радикалов аргинина или лизина могут притягиваться к отрицательным зарядам на атомах кислорода радикалов аспартата и глутамата),
3 – между радикалами, имеющими разноимённые частичные заряды, могут образовываться водородные связи (не путайте с водородным связями между атомами и пептидных групп во вторичной структуре);
называют также вандерваальсовы силы.
Все перечисленные связи – нековалентные. Наряду с ними в третичной структуре белка могут образовываться более прочные ковалентные связи – ДИСУЛЬФИДНЫЕ (мостики); они образуются за счёт соединения атомов серы двух радикалов цистеина –SH + HS– ; –S–S– ). Например, дисульфидные мостики есть в молекуле инсулина.
В белках мембран среди липидов гидрофобные радикалы наоборот оказываются «снаружи», примыкают к молекулам липидов.
Типы третичной структуры – глобулярный и фибриллярный.
Молекула белка с третичной структурой может иметь вид шарика, и поэтому называться ГЛОБУЛОЙ, а такой тип третичной структуры называется глобулярным. Примеры белков с глобулярным типом третичной структуры – миоглобин, субъединицы гемоглобина, ферменты.
Молекула белка с третичной структурой может иметь вид нити (быть вытянутой), и поэтому называться ФИБРИЛЛОЙ, а такой тип третичной структуры называется фибриллярным. Примеры белков с фибриллярным типом третичной структуры – кератин, коллаген (структурные белки).
Тип третичной структуры – один из поводов для классификации белков.
58.3 Образование АКТИВНЫХ ЦЕНТРОВ белков. (См. также п.4-8 про ферменты.)
Кратко: активный центр – это участок, который выполняет работу белка.
Активный центр (белковой молекулы) – это участок молекулы белка, способный СВЯЗЫВАТЬ
определённое вещество (которое называется ЛИГАНДОМ) и осуществлять после этого определённое действие:
например, превращать в другое вещество (если белок является ферментом, а связываемое вещество – лигандом этого фермента),
или передавать сигнал от этого вещества (если белок является рецептором связанного им гормона – см. 92),
или переносить через мембрану (если это активный центр белка-транспортёра),
или транспортировать вещество с током крови (если это активный центр транспортного белка плазмы) и т.д.
(состав активного центра:)
В состав активного центра обычно входит 3-4 РАДИКАЛА полипептидной цепи.
В первичной структуре эти радикалы находятся далеко друг от друга (например, их порядковые номера 27, 68 и 91) и поэтому не могут работать как активный центр.
Но при образовании глобулы (то есть в третичной структуре) эти радикалы оказываются рядом
и к тому же ориентированы определённым образом относительно друг друга,
что и формирует уникальный участок с «поверхностью» строго определённого размера, ФОРМЫ, с определённым расположением ЗАРЯДОВ и со строго определёнными функциональными группами, которые и участвуют в связывании вещества (лиганда).
Связываемые в активных центрах вещества.
В активном центре связываются (и подвергаются определённому воздействию белка) только те вещества (лиганды), которые соответствуют уникальным свойствам активного центра, то есть соответствуют ему по размеру, по форме, по расположению зарядов.
Это соответствие свойств активного центра и лиганда называется КОМПЛЕМЕНТАРНОСТЬЮ активного центра и лиганда. А принцип, согласно которому в активном центре связываются только соответствующие его свойствам (комплементарные ему) вещества (лиганды), называется ПРИНЦИПОМ КОМПЛЕМЕНТАРНОСТИ. Благодаря комплементарности связывание лигандов в активных центрах специфично.
О лигандах. Лиганд – это связываемое белком вещество. Связывание лиганда происходит по принципу комплементарности в активном центре или другом определённом участке молеулы . То есть лигандом может быть только вещество, которое комплементарно участку молекулы белка. Кроме активного центра, лиганды могут связываться в регуляторных участках молекулы белка. Регуляторные участки подобны активным центрам, но, в отличие от активных центров, связывание в них нужно для регуляции активности белка.
58.4. КОНФОРМАЦИОННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ при функционировании белков.
Определённая конформация молекулы белка является результатом взаимодействий разных атомов, групп и участков ППЦ между собой и с окружающей средой (водной или липидной). Но она не является неизменной. Конформация молекулы белка может измениться, если на неё повлияет новый фактор или факторы. Например, если изменится кислотность среды (рН) или если к молекуле белка присоединится другое вещество (например, фосфатная группа), или если от ППЦ отщепится участок (пептид). Тогда конформация меняется.
При изменении конформации молекулы белка может измениться и тот участок, который является активным центром молекулы – расположение радикалов, которые образовывали активный центр, может измениться так, что активный центр может исчезнуть (радикалы могут отдалиться друг от друга или изменить взаимное расположение относительно друг друга), а исчезновение активного центра приводит к исчезновению способности белка осуществлять свою специфическую функцию, то есть к потере активности этой молекулы белка.
Если исходные условия восстановятся, то конформация молекулы белка может вернуться к исходному состоянию, в котором есть активный центр – тогда активность белка возвращается.
Один из самых распространённых способов изменить конформацию и активность молекул белков – это присоединение и отщепление фосфатной группы. Эти реакции осуществляются под действием ферментов протеинкиназ и протеинфосфатаз (активность которых, в свою очередь, регулируется гормонами).
Присоединение фосфата меняет конформацию белковой молекулы потому, что фосфат имеет отрицательный заряд; присоединие фосфата приводит к тому, что к его отрицательному заряду притягиваются положительно заряженные радикалы, а отрицательно заряженные радикалы отталкиваются от отрицательного заряда фосфата.
Кратко – изменение конформации белка приводит к изменению активности белка (так как приводит к исчезновению или к появлению активного центра). Причиной изменений конформации белка является изменение условий среды, в которой находится белок, или изменение химического состава белка.
58.5. Денатурация. См. параграф 3.
Это потеря активности белка в результате разрушения третичной (или четвертичной) структуры. При этом ППЦ не разрушается, первичная структура сохраняется.
Почему происходит потеря активности – потому что при разрушении третичной структуры исчезают активные центры – из-за того, что отдаляются друг от друга РАДИКАЛЫ, формировавшие активный центр.
Под действием чего происходит денатурация и почему? – Под действием факторов, которые называют денатураторами. Примеры денатураторов:
ВЫСОКАЯ ТЕМПЕРАТУРА (нагревание; повышение температуры тела выше 37 градусов),
повышение или ПОНИЖЕНИЕ рН в результате появления кислот или щелочей (отклонение от оптимального для данного белка рН, который для большинства белков – около 7),
определённые излучения (например, РАДИАЦИЯ), определённые химические вещества, особенно гидрофобные, растворители и т.д.
Все денатураторы (например, высокая температура) ПОТЕНЦИАЛЬНО ОПАСНЫ для организма именно потому, что приводят к потере активности белков, что приводит к нарушению процессов в организме и гибели клеток.
При исчезновении денатурирующего фактора ППЦ иногда могут снова сформировать третичную структуру, что может привести к возвращению активности белка.