Тема 2 - Белки-лекция 3. Лекция Форма белков. Третичная структура. Четвертичная структура
 Скачать 0.88 Mb.
|
|
Тема 2. Белки Лекция 3. Форма белков. Третичная структура. Четвертичная структура. Общая форма белка Белки по форме могут быть: Глобулярными Фибриллярными Для глобулярных белков наиболее важной является третичная структура. Для фибриллярных белков наиболее важна вторичная структура (третичная структура у них почти или совсем не выражена). Глобулярные белки – ферменты, антитела, рецепторы и др. Фибриллярные белки выполняют в организме структурные функции Третичная структура белка Третичная структура белка – общая укладка полипептидной цепи. Третичная структура каждого белка уникальна. Взаимодействия, формирующие третичную структуру белка: Гидрофобные Гидрофобные взаимодействия связаны с тем, что гидрофобные (неполярные и незаряженные) боковые цепи АК стремятся избежать контакта с водой. Электростатические связи (солевые мостики). Возникают между разноименно заряженными боковыми цепями АК. Водородные связи. Дипольные взаимодействия. Ван-дер-ваальсовы взаимодействия. Являются наиболее слабыми, но также вносят свой вклад в стабилизацию белковой структуры. Неполярные группы Гидрофобные взаимодействия Гидрофобные Аминокислоты - неполярные и незаряженные. Алифатические Ароматические Аланин Валин Лейцин Изолейцин Фенилаланин Триптофан Для тирозина: ОН Гидрофобная часть Гидрофильная группа Ионные мостики Строение типичного глобулярного водорастворимого белка Вода Гидрофобное ядро Гидрофильная поверхность Гидрофобные островки Отдельные АК, удаленные в АК- последовательности полипептида, сближены в третичной структуре белка. Так образуются активные центры ферментов и центры связывания различных молекул. Третичная структура небольшого белка (ингибитора бактериальной РНКазы - барстара ) Третичная структура белка может претерпевать некоторые изменения при связывании низкомолекулярных веществ, ионов, или макромолекул. При этом изменения третичной структуры невелики и одинаковы для всех молекул данного белка - одна устойчивая третичная структура переходит в другую устойчивую третичную структуру. Полипептидная цепь может формировать одну компактную структуру (глобулу), или несколько компактных структур, связанных между собой гибкими участками полипептидной цепи. Такие компактные структуры в рамках полипептидной цепи называют доменами . Доменная структура необходима для функционирования некоторых белков. Как правило, гибридные белки, полученные соединением последовательностей разных белков методами генной инженерии состоят, из доменов, соответствующих исходным белкам. Для сложных белков (которые содержат не только аминокислоты, но и неаминокислотные компоненты) расположение неаминокислотных компонентов относительно полипептидной цепи также относится к третичной структуре. Четвертичная структура. Если белки состоят из двух и более полипептидных цепей, связанных между собой нековалентными связями, то они обладают четвертичной структурой. Отдельные полипептидные цепи формируют в этом случае субъединицы. Пример такого белка – гемоглобин. Он имеет 4 субъединицы. Многие ферменты имеют две каталитические субъединицы, которые согласованно меняют свою конформацию. В других случаях ферменты имеют как каталитические, так и регуляторные субъединицы. Связывание определенных молекул с регуляторными субъединицами меняет их конформацию, что вызывает, в свою очередь, изменение конформации каталитических субъединиц. Так происходит регулирование активности этих ферментов. Сложная третичная и четвертичная структура белков необходима не только для выполнения ими их непосредственной функции, но и для регулирования их активности и для их взаимодействия с другими макромолекулами. Например, многие ферменты имеют не только каталитический центр, но также центры связывания молекул – регуляторов и области связывания с другими белками. Многие ферменты имеют специальные регуляторные субъединицы. Сложная структура ферментов клетки позволяет им специфично объединяться в мультиферментные комплексы. Денатурация белка Денатурация белка – нарушение уникальной третичной структуры белка, сопровождающееся изменением его физико-химических свойств и потерей биологической активности. Денатурирующие агенты и воздействия : Высокая температура Сильные минеральные кислоты и основания . Разрушают ионные мостики и придают молекуле белка сильный заряд, который дестабилизирует структуру. Хаотропные агенты (мочевина) Данные агенты влияют на структуру воды и нарушают гидрофобные взаимодействия. Действуют в достаточно высокой концентрации – мочевина – при концентрации 7 моль/литр. Ионные детергенты Образуют с полипептидной цепью мицеллы. Соли тяжелых металлов Органические растворители Денатурированный белок может выпадать в осадок. Будет ли белок выпадать в осадок при денатурации, зависит от условий и от природы денатурирующего воздействия Ренатурация белка. Если белок при денатурации остался в растворе, он может быть ренатурирован при возвращении условий к нативному диапазону (при удалении денатурирующего агента.) Эффективность процесса ренатурации в растворе может быть разной для разных белков. (С ренатурацией конкурирует такой процесс как агрегация). Опыты с РНКазой А. Добавление мочевины + меркаптоэтанола = потеря активности Удаление мочевины, затем удаление меркаптоэтанола, медленное окисление = восстановление активности. Удаление меркаптоэтанола, мочевина остается, медленное окисление, затем удаление мочевины = «разболтанный» белок (дисульфидные мостики расположены неправильно почти у всех молекул белка), активность практически отсутствует. В присутствии следовых количеств меркаптоэтанола «разболтанный» белок медленно переходит в нативную форму за счет перераспределения дисульфидных связей. (Меркапроэтанол катализирует перераспределение дисульфидных связей). Процесс формирования трехмерной структуры белка – сворачивание (фолдинг) белка. Фолдинг белка происходит, в нормальных условиях, самопроизвольно и не требует дополнительных внешних механизмов. Первичная структура белка полностью определяет его уникальную трехмерную структуру. Следствия: белок одного организма может быть получен в результате экспрессии гена этого белка в другом организме. Белок при этом будет иметь ту же самую трехмерную структуру, какую он имеет в исходном организме. (Если для приобретения этой структуры не нужна специфическая модификация, отсутствующая у организма - продуцента). Методы определения трехмерной структуры: Рентгеноструктурный анализ. Необходимо получение белковых кристаллов. Ядерный магнитный резонанс. Современные методы многомерного ЯМР в сочетании с компьютерным моделированием позволяют определить третичную структуру небольших белков. Однако, с ростом ММ белка определение его структуры методом ЯМР становится очень сложным. Динамика белковой структуры Атомы в белковой структуре совершают тепловые движения. Амплитуда этих движений различна. Боковые цепи аминокислот на поверхности белка могут совершать движения с относительно большой амплитудой. Боковые цепи внутри структуры белка и остов белковой молекулы обладают значительно меньшей свободой движений. Белковый остов более подвижен в «петлях» соединяющих элементы упорядоченных вторичных структур и гораздо менее подвижен в участках упорядоченных вторичных структур. |