Структуры белка.

Последовательность соединения аминокислотных остатков в полипептидной цепи получила название первичной структуры белка. Молекула здесь имеет линейную структуру, а длина пептидных связей равна 0,34 нм., такая структура присуща лишь немногим белками. Большинство белков имеют более сложное строение, а, следовательно, для них существуют и более высокие уровни структурной организации: вторичные, третичный, а иногда и четвертичный. Вторичная структура - закручивание полипептидной цепи в а-спираль или b-слой (основные элементы вторичной структуры). Такая структура существует благодаря внутримолекулярным водородным связям (CO...NH), которые возникают между отдельными участками цепи. Вторичной структурой обладает большая часть белков, правда, не всегда на всём протяжении полипептидной цепи. Полипептидные цепочки с определенной вторичной структурой могут быть по-разному расположены в пространстве. Это расположение получило название третичной структуры. В формировании этой структуры играют большую роль понное гидрофобное взаимодействие и дисульфидные связи. По характеру "упаковки" белковой молекулы различают глобулярные и фибриллярные белки. Для глобулярных белков более характерна а-спиральная структура спирали изогнуты, "свёрнуты". Макромолекула имеет сферическую форму. Такие белки хорошо растворяются в воде. Для фибриллярных белков более характерна нитевидная структура. Они, как правило, не растворяются в воде.

Их свойства (прочность, эластичность) зависят от способа упаковки полипептидных цепочек. В ряде случаев отдельные субъединицы белка с помощью водородных связей, электростатического и других взаимодействий образуют сложные ансамбли. В этом случае образуется четвертичная структура белков. Большинство белков имеет сложную третичную или четвертичную структуру. Для того чтобы приобрести такую присущую белкам структуру полипептидной цепи нужно пройти несколько стадий сворачивания. Согласно современным представлениям, процесс сворачивания имеет иерархическую природу: вначале очень быстро (за миллисекунды) формируются элементы вторичной структуры, служащие как бы "затравками" ждя образования более сложных текстурных мотивов. Второй стадией, также происходящей очень быстро, является специфическая ассоциация некоторых элементов вторичной структуры с образованием супервторичной структуры. Это могут быть сочетания нескольких а-спиралей, либо нескольких (3-слоёв. Следующим этапом, придающим важнейшую роль для формирования уникальной структуры белка, является образование специфических контактов между участками значительно удаленными один от другого в аминокислотной последовательности, но оказывающимися сближенными в третичной структуре. Полагают, что это главным образом гидрофобные взаимодействия, обусловленные сближением неполярных групп и вытеснением молекул воды, расположенных между ними. На пути, ведущем от образования элементов супервторичной структуры к окончательному сворачиванию цепи в компактную глобулу, имеется промежуточная стадия, связанная с формированием основных элементов третичной структуры (специфического сочетания а-спиралей и (3-слоёв, соединяющих петель) и образованием гидрофобного ядра молекулы. Молекула приобретает пространственную структуру, близкую к структуре нативного белка. Вместе с тем, эта упаковка не является достаточно плотной, она не обладает присущей данному белку функциональной активностью, молекула склонна к слипанию с другими такими же молекулами. Переход же белка из состояния этой упаковки получившей название "расплавленная глобула" в нативную структуру, является самой медленной стадией процесса сворачивания.
Формирование нативной пространственной структуры белка.
Синтезируемые в клетке полипептидные цепи, образованные в результате последовательного соединения аминокислотных остатков, представляют собой как бы полностью развёрнутые белковые молекулы. Для того чтобы белок приобрёл присущие ему свойства, цепь должна определённым образом свернуться в пространстве, сформировав функционально активную ("нативную")' структуру. Несмотря на громадное число теоретически возможных для отдельной аминокислотной последовательности пространственных структур, сворачивание почти каждого белка приводит к образованию единственной нативной конформации. Таким образом, должен существовать код, определяющий взаимосвязь между аминокислотной последовательностью полипептидной цепи и типом пространственной структуры, которую она образует.
Современные исследования показали, что у некоторых белков способность образовывать некоторые элементы вторичной структуры действительно зависит от аминокислотной последовательности данного отрезка цепи, т.е. число и расположение а-спиралей и (3-слоёв у большинства белков определяются генетическим кодом. Но генетический код не является решающим фактором в сворачивании, поэтому при формировании каких-либо структурных элементов белка возможны ошибки. Таким образом, возникают агрегаты-белки, сходные по строению, но имеющие разную пространственную укладку, а, следовательно, и разные свойства. Вероятность агрегации сильно возрастает при повышении t° и концентрации белка, поэтому эффективное сворачивание полипептидной цепи происходит в разбавленных растворах и при низких t°. Но следует признать, что условия, существующие в клетке, сильно отличаются по этим параметрам. И вместе с тем, в физиологических условиях вновь синтезируемые цепи из аминокислот сворачиваются достаточно быстро и эффективно. Следовательно, в клетке должны существовать специальные механизмы регуляции процесса сворачивания. И такие механизмы существуют. В середине 80-х годов было обнаружено, что в клетке существует особая категория белков, основной функцией которых является обеспечение правильного характера сворачивания полипептидных цепей в нативную структуру. Эти белки получили название "молекулярные шапероны" (от английского chaperone - "гувернантка"). Одни виды шаперонов, связываясь с развёрнутой или частично развёрнутой полипептидной цепью, удерживают её в первоначальном виде и не дают ей "запутаться", образовать неправильные структуры; другие способствуют переносу цепи в разные субклеточные образования; третьи создают условия для эффективного сворачивания белка. Таким образом, клетка располагает высокоорганизованными ансамблями шаперонов, действующих согласованно. В состав таких ансамблей, помимо самих шаперонов, входят ферменты, ускоряющие процесс сворачивания (например: пептидил-пролил-цис/транс-изомераза способствует цис-изомеризации пептидных связей белка), а также ряд других белков, роль которых пока остаётся неясной. далее на "Ферменты"
назад на оглавление