Белки: Третичная структура белков

Третичная структура белков

Пространственная структура зависит не от длины полипептидной цепи, а от последовательности аминокислотных остатков, специфичной для каждого белка, а также от боковых радикалов, свойственных соответствующим амино­кислотам.  Пространственную трехмерную структуру или конформацию белко­вых макромолекул образуют в первую очередь водородные связи, а также гидрофобные взаимодействия между неполярными боковыми радикалами аминокислот. Водородные связи играют огромную роль в формировании и поддержании пространственной структуры белковой макромолекулы. Что касается гидрофобных взаимодействий, то они возникают в резуль­тате контакта между неполярными радикалами, неспособными разорвать во­дородные связи между молекулами воды, которая вытесняется на поверхность белковой глобулы. По мере синтеза белка неполярные химические группиров­ки собираются внутри глобулы, а полярные вытесняются на ее поверхность. Таким образом, белковая молекула может быть нейтральной, заряженной по­ложительно или же отрицательно в зависимости от рН растворителя и ионо-генных групп в белке. К слабым взаимодействиям относят также ионные связи и ван-дер-ваальсовы взаимодействия. Кроме того, конформация белков под­держивается ковалентными связями S—S, образующимися между двумя остат­ками цистеина. В результате гидрофобных и гидрофильных взаимодействий молекула белка спонтанно принимает од­ну или несколько наиболее термодинами­чески выгодных конформаций, причем, если в результате каких-либо внешних воздействий нативная конформация нару­шается, возможно полное или почти пол­ное ее восстановление.  Таким образом, конформация белков представляет собой трехмерную структуру, причем в результате ее образования мно­гие атомы, находящиеся на удаленных участках полипептидной цепи, сближаются и, воздействуя друг на друга, приоб­ретают новые свойства, отсутствующие у индивидуальных аминокислот или небольших полипептидов. Это так называемая третичная структура, характе­ризующаяся ориентацией полипептидных цепей в пространстве. Третичная структура глобулярных и фибриллярных белков существенно от­личается друг от друга. Принято форму белковой молекулы характеризовать таким показателем, как степень асимметрии (отношение длинной оси моле­кулы к короткой). У глобулярных белков степень асимметрии равна 3—5, что касается фибриллярных белков, то эта величина у них гораздо больше (от 80 до 150).  Гипотеза расплавленной глобулы. В рамках этой концепции выделяют не­сколько этапов самосборки белков. 1. В развернутой полипептидной цепи с помощью водородных связей и гидрофобных  взаимодействий   образуются   отдельные  участки   вторичной структуры, служащие как бы затравками для формирования полных вторич­ных и супервторичных структур. 2. Когда число этих участков достигает определенной пороговой величины, происходит переориентация боковых радикалов и переход полипептидной цепи в новую более компактную форму, причем число нековалентных связей значительно увеличивается. Характерной особенностью этой стадии является образо­вание специфических контактов между ато­мами, находящимися на удаленных участ­ках полипептидной цепи, но оказавшихся сближенными в результате образования тре­тичной структуры. 3. На последнем этапе формируется нативная конформация белковой молекулы, связанная с замыканием дисульфидных свя­зей и окончательной стабилизацией белко­вой конформации. Вторым ферментом, катализирующим образование и изомеризацию дисульфидных связей, является протеиндисульфидизомераза, в функции которой входит также расщепление неправильно образованных ди­сульфидных мостиков.Кроме того, в клетках имеется ряд каталитически неактивных белков, ко­торые тем не менее вносят большой вклад в образование пространственных структур белков. Это так называемые шапироны и шапиронины  Шапироны помогают правильной сборке трехмерной белковой конфор-мации путем образования обратимых нековалентных комплексов с частично свернутой полипептидной цепью, одновременно ингибируя неправильно об­разованные связи, ведущие к формированию функционально неактивных бел­ковых структур. В перечень функций, свойственных шапиронам, входит защи­та расплавленных глобул от агрегации, а также перенос новосинтезированных белков в различные локусы клеток. Шапироны преимущественно являются белками теплового шока, синтез которых резко усиливается при стрессовом температурном воздействии, поэтому их называют еще hsp (heat shock pro­teins). Семейства этих белков найдены в микробных, растительных и живот­ных клетках. Классификация шапиронов основана на их молекулярной массе, которая варьирует от 10 до 90 kDa. В основном функции шапиронов и шапиронинов различаются, хотя и те, и другие являются белками-помощниками процессов образования трехмерной структуры белков. Шапироны удерживают новосинтезированную полипептидную цепь в развернутом состоянии, не да­вая ей свернуться в отличную от нативной форму, а шапиронины обеспечивают условия для единственно правильной, нативной структуры белка.

29.06.2015