Третичная структура белков представляет собой способ укладки полипептидной цепи с элементами вторичной структуры (а-спирали и ?-структуры) в пространстве, который достигается за счет взаимодействия между радикалами остатков аминокислот. Для многих белков третичная структура эквивалентна полной пространственной структуре. Упаковка третичной структуры имеет свои закономерности, в зависимости от типа первичной структуры полипептидной цепи, от состояния окружающей среды (водно-солевой состав, рН, температура, взаимодействие белка с другими веществами и т.д.). Третичная структура белка определяет форму белковой молекулы, образуя или глобулу (глобулярные белки) или достаточно вытянутые волокна (фибриллярные белки). В глобулярных белков полипептидная цепь изгибается в пространстве, делает повороты в различных направлениях, состоит в компактную, уникальную трехмерную конформацию, присущую определенному белку со специфической функцией (рис.10).

 

В процессе укладки полипептидная цепь пытается приобрести энергетически выгодной формы, имеет минимум свободной энергии. В водной среде молекулы воды, пытаясь образовать между собой водородные связи, а также обеспечить гидратацию гидрофильных групп белка, выталкивают гидрофобные группы, которые находятся в воде, заставляя их скручиваться и образовывать ассоциаты. Значительная часть неполярных гидрофобных радикалов остатков аминокислот, таких как аланин, метионин, валин, лейцин, изолейцин, фенилаланин, триптофан и другие, которые не имеют сродства к воде, будто «избегая» ее, погружаются во внутреннюю часть глобулы, образуя гидрофобное ядро, где почти нет воды (жирные капли) и где могут происходить реакции в неводных условиях. Между гидрофобными группами особых связей не образуется, возможно только возникновение ван-дер-ваальсовых сил притяжения, которые получили название «гидрофобных взаимодействий». Наряду с этим заряженные и гидрофильные остатки аминокислот, стремясь занять больше места в водной среде, сосредоточиваются преимущественно на поверхности глобулы, контактируя с водной фазой (рис. 11).

 

Заряженные группы на поверхности белковой глобулы, как правило, соль-ватовани и окружены противоионами, что увеличивает растворимость белков в водной среде. Небольшая часть гидрофобных радикалов может находиться и на поверхности белковой молекулы и, накапливаясь, образовывать «гидрофобные кластеры», которые имеют значение при контактных взаимодействиях. Полярные боковые радикалы отдельных аминокислот также могут находиться внутри глобулы белковой молекулы, образуя водородные связи между собой или с полипептидной костяком.

 

В молекуле белка с третичной структурой встречаются спирали-зированный участка (а-спирали), слоистые (?-структуры) и участки в форме беспорядочного клубка, то есть такие, что не любой периодической структуры. Только правильное пространственное укладки белка делает йо-32 го активным: нарушения его структуры приводит к изменению свойств белка и потери биологической активности.

 

В стабилизации третичной структуры глобулярных белков принимают участие так называемые «вторичные связи», в основном слабые (электростатические, водородные, гидрофобные взаимодействия) и в незначительном количестве - ковалентные: дисульфидные, изопептидни, эфирные (рис. 12).

 

В ковалентных связей относятся дисульфидные (-SS-), которые образуются между боковыми радикалами цистеина, находящихся на разных участках полипептидной цепи (г); изопептидни или псевдо-пептидные - между аминогруппами боковых радикалов лизина, аргинина (но только не а- КИ2-группами) и СООН-группами боковых радикалов аспарагиновой и глутаминовой кислот. Отсюда и название этого типа связи - подобный пептидной. Эфирное связь, образуется СООН-группой дикарбоновых кислот и ОН-группой серина и треонина, встречается редко. Водородные связи возникают между двумя электроотрицательными атомами, когда протон водорода, ковалентно связан с одним из этих атомов, располагается между ними (б). Существует большое количество возможностей для образования водородных связей в белках, например, между отрицательно заряженным кислотным остатком моноаминоды-карбоновых кислот (-СОО-) и гидроксигруппы тирозина (б), серина, треонина или NH2-и SН-группами боковых радикалов аминокислот и многие другие. Ионные или электростатические взаимодействия возникают при контакте заряженных групп боковых радикалов-NH3 + (лизин, аргинин, гистидин) и СОО - группой аспарагиновой и глутаминовой кислот (a). Неполярные связи или ван-дер-ваальсовы взаимодействия возникают между углеводородными радикалами аминокислот аланина, валина, лейцина, изолейцина, фенилаланина, триптофана (в).

 

Многочисленные связи между боковыми радикалами определяют пространственную конформацию белковой молекулы. Конформация третичной структуры является такой же специфической характеристикой данного белка, как и первичная структура.

 

Поскольку в глобулы аминокислоты связаны друг с другом как пепти-дним связями (прочными), так и многими другими слабыми связями, белковая молекула не является абсолютно жесткой структурой. В определенных пределах возможны незначительные оборотные перемещения частей полипептидной цепи относительно друг друга с разрывом небольшого количества слабых связей и образованием новых. Белковая молекула в растворе будто пульсирует в разных своих частях (будто щупальца), например, при образовании активных центров, в том числе ферментных. Эти изменения можно рассматривать как тепловой (броуновское) движение, не нарушает основного плана конформации молекулы.

 

Конформационные изменения белков имеют важное значение для их функций в живой клетке. Небольшие изменения конформации белка наблюдаются при взаимодействии их с другими молекулами при выполнении биологической функции. Например, конформация миоглобина (белка мышц, который депонирует кислород, см.. Т.д.) с присоединенным к нему кислородом отличается от конформации миоглобина в отсутствии кислорода. Присоединение кислорода бы «распрямляет» структуру миоглобина, и происходит перемещение участки полипептидной цепи, т.е. несколько изменяется конформация миоглобина.

 

Структурная организация фибриллярных белков имеет ряд особенностей по сравнению с глобулярных белков. Если глобулярного белка его третичная структура образуется путем заключения в пространстве одной полипептидной цепи, а четвертичная - нескольких цепей, то в фибриллярных белков уже при формировании вторичной структуры участвуют несколько полипептидных цепей. Молекулы фибриллярных белков построены чаще из нескольких полипептидных нитей, структуру а-спирали (а-кератин, миозин), ?-склад-частых слоев (?-кератин, фиброина шелка) или скрученных в особый вид спирали - коллагены (см. выше ). Образование полипептидными цепями длинных вытянутых по форме молекул и будет в целом характеризовать третичную структуру фибриллярных белков.

 

Белки волос, рогов, кожи, покровных тканей (а-кератины) состоят из 3-7 параллельных полипептидных цепей (связанных между собой дисульфидными связями), которые, скручиваясь вместе, образуют суперспираль. С суперспиральних структур формируются микрофон-глыбы диаметром около 0,2 нм. Кератины существуют в а-и ?-конформациях. При обработке а-кератинов горячим паром нарушается система внутришньоланцюгових водородных связей в каждом полипептид-ном цепи, и при их растяжении они переходят в состояние ?-складчатых структур (?-кератин). В ?-кератине водородные связи образуются между отдельными полипептидными нитками. Структурной единицей кератинов, которая повторяется вдоль всей цепи, является последовательность:-цис-цис-глу-о-сер-. Структура, подобная ?-кератина, лежит в основе строения мышечных белков миозина и тропомиозину. Схожую с ?-кератином пространственную структуру имеет также фиброина натурального шелка. В фиброина соседние цепи только антипараллельно, и дисуль-фидних связей между цепями нет. Структурной единицей, повторяется на протяжении всей цепи, являются, в основном, последовательность:-гли-сер-гли-ала-гли-ала-.

 

Описаны несколько типов коллагенов, которые различаются между собой набором полипептидных цепей, аминокислотному составу. Фибриллы коллагена образуются из молекул тропоколлагена при сочетании «конец до конца» и «бок несмотря сторону»: то есть, в сущности, тропоколлагена является субъединицей фибрилл коллагена. Заключение тропоколагенових суб-единиц в четвертичную структуру коллагена происходит щаблеподибно.


Загрузка...
Яндекс.Метрика Google+