ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Структурно-пространственная организация пептидов и белков из "Химические основы жизни" Проявление белками разнообразных биологических функций основывается на высокоспецифичном (комплементарном) взаимодействии белка с другими биомолекулами. Для этого белкам необходима достаточно жесткая пространственная структура, небольшие изменения которой зачастую приводят к потере или резкому изменению биохимической активности белков. Поэтому знание молекулярной трехмерной структуры белка необходимо для понимания функционирования белковой молекулы в целом. [c.54] Рассмотрим особенности пространственной структуры белковых молекул в соответствии с приведенной иерархией. [c.55] Первичная структура. Первичная структура секвенция) специфична для каждого индивидуального белка (пептида) и определяется составом и последовательностью расположения аминокислотных остатков в его полипептидной цепи. [c.55] Даже идентичные по аминокислотному составу и длине цепи пептиды могут быть абсолютно разными по физико-химическому и биохимическому поведению изомерными веществами вследствие различия в последовательности расположения аминокислотных остатков в цепи. Например, из двух аминокислот — аланина и тирозина — можно построить два дипептида Ala—Туг VI Туг—Ala. Соответственно число изомеров полипептида, состоящего из п остатков разных аминокислот, будет равно числу перестановок из п элементов, т. е. п. При = 20 число возможных изомерных первичных структур полипептида будет равно 2 10 . А если еще учесть, что каждая из аминокислот в полипептидной цепи может повторяться, то число изомеров становится невообразимо большим. Но в живой природе реализуются не все перечисленные возможности. Поэтому в организме человека по самым приближенным оценкам имеется около 100 ООО различных белков. [c.56] Первичная структура каждого белка относительно постоянна и несет в себе всю информацию, необходимую для формирования структур более высокого порядка. Эта информация прежде всего заключена в индивидуальном для каждого белка (пептида) чередовании аминокислотных остатков, содержащих функциональные группы, в свою очередь способные образовывать водородные связи с комплементарными аминокислотными радикалами той же полипептидной цепи. Благодаря особым свойствам пептидной связи и уникальному, генетически запрограммированному чередованию аминокислотных остатков полипептидная цепь способна самопроизвольно формировать и сохранять особую пространственную структуру, речь о которой пойдет ниже. [c.56] Анализ первичной структуры белков. Рассмотрим основные экспериментальные методы, используемые для определения первичной структуры белков (пептидов). [c.56] По интенсивности окрашивания можно рассчитать концентрацию каждой аминокислоты в гидролизате и число остатков данной аминокислоты в исследуемом белке. В настоящее время такой анализ проводят с помощью автоматических приборов — аминокислотных анализаторов. В прибор загружают гидролизат белка, а все остальные операции производятся автоматически. Результат анализа прибор выдает в виде графика, отражающего концентрации отдельных аминокислот, что очень удобно для исследователя. [c.58] Связь между атомом углерода бензольного кольца и атомом азота концевой аминогруппы стабильна в условиях, используемых для гидролиза пептидных связей. Кроме того, в реакцию с ФДНБ вступают е-КНг-груп-па лизина, Н8-группа цистеина, ОН-группа тирозина и имидазольная группа гистидина. [c.59] Важно отметить, что реакции пептидов и белков с ФДНБ и все последующие операции следует проводить в темноте из-за высокой фоточувствительности фтординитропроизводных аминокислот. Кроме того, необходимо учитывать, что динитрофенильные производное аминокислот разрушаются при кислотном гидролизе. [c.59] После удаления избытка ФДНБ (экстракция эфиром) динитрофеноль-ные производные аминокислот идентифицируют хроматографическим методом благодаря наличию окраски, обусловленной высоким коэффициентом поглощения при 360 нм (380 нм для пролина). [c.59] Но при всех достоинствах описанных выше методов они имеют существенный недостаток, заключающийся в том, что их нельзя использовать дважды применительно к одному и тому же пептиду, поскольку последний в результате проводимых операций подвергается гидролизу на составляющие его аминокислоты. [c.59] Широко применяются методы ферментативного селективного гидролиза белков до более коротких фрагментов по определенным положениям в полипептидной цепи. Для этого используются протеолитические ферменты. трипсин, химотрипсин и другие, гидролизующие пептидные связи, образованные строго определенными аминокислотными остатками. Например, химотрипсин гидролизует пептидные связи, в образовании которых принимают участие карбоксильные группы ароматических аминокислот — тирозина, фенилаланина и триптофана. [c.61] В настоящее время для анализа первичной структуры белков как с С-, так и с N-конца широко применяют масс-спектрометрию. [c.61] Замена всего одного аминокислотного остатка приводит к очень существенным изменениям физико-химических, а в результате и биохимических свойств гемоглобина. Дети, родившиеся с этой аномалией, в раннем возрасте погибают от серповидно-клеточной анемии. Случаи заболевания серповидно-клеточной анемией широко распространены среди жителей Центральной Африки (подробнее о причинах этого заболевания можно узнать из главы 5). [c.61] Вторичная структура. Вторичная структура белка определяется пространственной конфигурацией полипептидной цепи, формируемой в результате нековалентных взаимодействий между функциональными группами аминокислотных остатков. Вторичная структура представлена регулярными молекулярными образованиями, такими, как а-спиралья -складчатый слой. В структуре многих белков наблюдается сочетание а-спиральных и -складчатых участков, в этом случае белки имеют неупорядоченное строение. [c.61] Формирование вторичной структуры белков происходит за счет отталкивания аминокислотных радикалов и вращения плоскостей пептидных групп относительно подвижных мостиков с одновременным образованием водородных связей, возникающих между СО- и NH-группами полипептидной цепи. Водородные связи играют основную роль в поддержании вторичной структуры полипептидной цепи. [c.61] В результате полипептидная цепь закручивается в спираль, на каждый виток которой в среднем приходится 3,6 аминокислотного остатка. Водородные связи ориентированы вдоль оси спирали, соединяя и стабилизируя ее витки. [c.62] В (3-складчатом слое пептидные цепи располагаются параллельно друг другу, образуя фигуру, подобную листу, сложенному гармощкой (рис. 1.6). [c.62] Вернуться к основной статье