1. Моя освіта – реферати, конспекти, доповіді
  2. Биология
  3. Третичная структура белков

Третичная структура белков

Третичная структура – это трехмерная укладка полипептидной цепи, стабилизируется внутримолекулярными взаимодействиями радикалов аминокислотных остатков. Вследствие свободного вращения вокруг a-углеродных атомов радикалы могут по-разному ориентироваться в пространстве, образуя связи с родственными группами и обеспечивая термодинамически выгодную укладку молекулы.
В глобулярных белках полипептидная цепь содержит много гидрофильных полярных радикалов, которые ориентируются наружу глобулы, к окружающему водной среды, образуя водородные связи с молекулами воды. Гидрофобные радикалы преимущественно погружаются внутрь глобулы, избегая контактов с водной средой, и образуют между собой гидрофобные связи. Поскольку каждый радикал является полярным (гидрофильным), или неполярным (гидрофобным), то водородные и гидрофобные связи играют решающую роль в формировании глобулы. Образована компактная шарообразная структура стабилизируется более прочными ионными и дисульфидными связями:
Связи в третичной структуре белка: 1 – водородные, 2 – ионные, 3 – дисульфидные, 4 – гидрофобные.
В компактной глобули рядом оказываются группы, которые в полипептидной цепи расположены на значительном расстоянии. Они образуют области с пространственной и химической специфичностью и обеспечивают выполнение определенных функций молекулы. Такие относительно структурно и функционально автономные фрагменты третичной структуры называются доменами. Домены выделяются при осторожном расщеплении белков и сохраняют характерные свойства целого белка.
Первая модель третичной структуры была создана для миоглобина кашалота в 1957 году Дж. Кендрю с сотрудниками (Англия) и удостоена Нобелевской премии в 1962 p. Оказалось, что полипептидная цепь миоглобина, образованный из 153 аминокислотных остатков, имеет 8 относительно прямолинейных спирализованих участков, разделенных между собой изгибами (рис 5.5.). Укладка молекулы миоглобина такая компактная, что внутри может разместиться только четыре молекулы воды.
Таким образом, из всех возможных конформаций результате свободного вращения аминокислотных радикалов и транс-расположение атомов в пептидных группах, полипептидная цепь укладывается в энергетически наиболее выгодную, наименее напряженной. Для каждого индивидуального цепи с определенной аминокислотной последовательностью в физиологических условиях клетки реализуется только одна конформация, в которой он проявляет биологическую активность. Итак пространственная форма белковых молекул однозначно определяется их первичной структурой.
Значение способа укладки полипептидной цепи ярко проявляется на примере открытия молекулярной мишени сметрельнои болезни коровьего бешенства – инфекционной энцефалопатии, которая проявляется через удаленный время (более года) после поражения и не имеет видовых барьеров. Доказано (Prusiner at.al., 1982), что возбудитель болезни имеет уникальную природу – это белок, названный “прион”, который состоит только из одной полипептидной цепи (Mr – 27 – 30 кД). Белок с идентичной первичной структурой закодированный в нормальном генотипе и повсеместное найден в исследуемых организмах. Различие между нормальным белком и прионом оказывается на уровне пространственной структуры. Исследования, проведенные в 1990 – 1993 г.г. (Pan et al), показали, что нормальный белок имеет энергетически выгодную конформацию, в которой на ?-спираль приходится около 40% цепи, а на ?-антипараллельны складки – лишь 7% (всего 8 остатков в двух коротких фрагментах), тогда как молекула прионов на 50% образована ?-структурой и только на 20% – ?-спирали. Согласно нормальный белок является растворимым, а его токсическое вариант нерастворимый и образует аморфные агрегаты. Непонятно, почему токсичность прионы проявляется именно в центральной нервной системе, тогда как нормальный аналог распространен повсеместное, какие причины и механизм трансформации белка. На данном этапе можно только обобщить, что современные методы исследования позволили открыть принципиально новый механизм переноса инфекции, который может быть применен к болезням, известных достаточно долгое время.
Гомологичные белки, выполняющие одинаковую функцию у разных организмов, несколько отличают по аминокислотному составу. Однако, как правило, эти различия не сказываются на характере связей и поэтому они имеют одинаковую доменную структуру.
Однако, есть случаи, когда замена только одного остатка в большой молекуле существенно сказывается на ее функции. Например, у больных серповидноклеточной анемии, при которой эритроциты крови имеют неправильную форму, что приводит к нарушению кровоснабжения, причиной аномалии является замена в молекуле гемоглобина в двух b-цепях отрицательно заряженного остатка глутаминовой кислоты в положении № 6 на гидрофобный остаток валина. Эта аномалия является результатом мутации и передается по наследству.
Существование многочисленных аминокислотных последовательностей в природе определяет разнообразие форм белковых молекул. Таким образом, уже на низком уровне организации – молекулярном – обусловливается морфологическая многообразие форм.

ПОДІЛИТИСЯ: