Drugorzędną strukturą cząsteczki białka jest helisa. Poziomy organizacji strukturalnej cząsteczki białka: struktura drugorzędowa białka. Przykłady białek oligomerycznych

Nazwa „wiewiórki” wzięła się od zdolności wielu z nich do zmiany koloru na biały po podgrzaniu. Nazwa „białka” pochodzi od greckiego słowa oznaczającego „pierwsze”, co wskazuje na ich znaczenie w organizmie. Im wyższy poziom organizacji istot żywych, tym bardziej zróżnicowany jest skład białek.

Białka powstają z aminokwasów, które są połączone ze sobą wiązaniami kowalencyjnymi. peptyd wiązanie: pomiędzy grupą karboksylową jednego aminokwasu i grupą aminową drugiego. Kiedy dwa aminokwasy oddziałują, powstaje dipeptyd (z reszt dwóch aminokwasów, z greckiego. Pepto– ugotowane). Zastąpienie, wykluczenie lub rearanżacja aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym powoduje pojawienie się nowych białek. Na przykład przy wymianie tylko jednego aminokwasu (glutaminy na walinę) pojawia się poważna choroba - anemia sierpowatokrwinkowa, gdy czerwone krwinki mają inny kształt i nie mogą wykonywać swoich głównych funkcji (transport tlenu). Kiedy tworzy się wiązanie peptydowe, cząsteczka wody zostaje oddzielona. W zależności od liczby reszt aminokwasowych wyróżnia się:

– oligopeptydy (di-, tri-, tetrapeptydy itp.) – zawierają do 20 reszt aminokwasowych;

– polipeptydy – od 20 do 50 reszt aminokwasowych;

– wiewiórki – ponad 50, czasem tysiące reszt aminokwasowych

Ze względu na właściwości fizykochemiczne białka dzieli się na hydrofilowe i hydrofobowe.

Istnieją cztery poziomy organizacji cząsteczki białka - równoważne struktury przestrzenne (konfiguracje, struktura) białka: pierwszorzędowe, drugorzędowe, trzeciorzędowe i czwartorzędowe.

Podstawowy struktura białek jest najprostsza. Ma postać łańcucha polipeptydowego, w którym aminokwasy są połączone ze sobą silnym wiązaniem peptydowym. Określany przez skład jakościowy i ilościowy aminokwasów oraz ich sekwencję.

Struktura wtórna białek

Wtórny strukturę tworzą głównie wiązania wodorowe, które utworzyły się pomiędzy atomami wodoru grupy NH jednej spirali i atomami tlenu grupy CO drugiej i są skierowane wzdłuż spirali lub pomiędzy równoległymi fałdami cząsteczki białka. Cząsteczka białka jest częściowo lub całkowicie skręcona w α-helisę lub tworzy strukturę β-kartki. Na przykład białka keratyny tworzą α-helisę. Są częścią kopyt, rogów, włosów, piór, paznokci i pazurów. Białka tworzące jedwab mają arkusz β. Rodniki aminokwasów (grupy R) pozostają poza helisą. Wiązania wodorowe są znacznie słabsze od wiązań kowalencyjnych, ale przy znacznej ich liczbie tworzą dość mocną strukturę.

Funkcjonowanie w postaci skręconej spirali jest charakterystyczne dla niektórych białek włóknistych - miozyny, aktyny, fibrynogenu, kolagenu itp.

Trzeciorzędowa struktura białka

Trzeciorzędowy struktura białka. Struktura ta jest stała i unikalna dla każdego białka. Jest ona określona przez wielkość, polarność grup R, kształt i sekwencję reszt aminokwasowych. Helisa polipeptydowa jest skręcona i złożona w określony sposób. Tworzenie trzeciorzędowej struktury białka prowadzi do powstania specjalnej konfiguracji białka - kuleczki (od łacińskiego globulus - piłka). O jego powstaniu decydują różne typy oddziaływań niekowalencyjnych: hydrofobowe, wodorowe, jonowe. Pomiędzy resztami aminokwasowymi cysteiny pojawiają się mostki dwusiarczkowe.

Wiązania hydrofobowe to słabe wiązania pomiędzy niepolarnymi łańcuchami bocznymi, które powstają w wyniku wzajemnego odpychania się cząsteczek rozpuszczalnika. W tym przypadku białko skręca się tak, że hydrofobowe łańcuchy boczne zanurzają się głęboko w cząsteczce i chronią ją przed oddziaływaniem z wodą, natomiast hydrofilowe łańcuchy boczne znajdują się na zewnątrz.

Większość białek ma strukturę trzeciorzędową - globuliny, albuminy itp.

Czwartorzędowa struktura białka

Czwartorzędowy struktura białka. Powstaje w wyniku połączenia poszczególnych łańcuchów polipeptydowych. Razem tworzą funkcjonalną całość. Wyróżnia się różne rodzaje wiązań: hydrofobowe, wodorowe, elektrostatyczne, jonowe.

Wiązania elektrostatyczne występują pomiędzy elektroujemnymi i elektrododatnimi rodnikami reszt aminokwasowych.

Niektóre białka charakteryzują się kulistym układem podjednostek - tj kulisty białka. Białka globularne łatwo rozpuszczają się w wodzie lub roztworach soli. Do białek globularnych należy ponad 1000 znanych enzymów. Białka globularne obejmują niektóre hormony, przeciwciała i białka transportowe. Na przykład złożona cząsteczka hemoglobiny (białko czerwonych krwinek) jest białkiem globularnym i składa się z czterech makrocząsteczek globiny: dwóch łańcuchów α i dwóch łańcuchów β, z których każdy jest połączony z hemem zawierającym żelazo.

Inne białka charakteryzują się połączeniem w struktury helikalne – tj włókienkowy (od łac. fibryla - włókno) białka. Kilka (3 do 7) α-helis jest skręconych razem, jak włókna w kablu. Białka włókniste są nierozpuszczalne w wodzie.

Białka dzielą się na proste i złożone.

Proste białka (białka)

Proste białka (białka) składają się wyłącznie z reszt aminokwasowych. Do białek prostych należą globuliny, albuminy, gluteliny, prolaminy, protaminy, tłoki. Albuminy (na przykład albumina surowicy) są rozpuszczalne w wodzie, globuliny (na przykład przeciwciała) są nierozpuszczalne w wodzie, ale rozpuszczalne w wodnych roztworach niektórych soli (chlorek sodu itp.).

Złożone białka (proteiny)

Złożone białka (proteiny) obejmują, oprócz reszt aminokwasowych, związki o różnym charakterze, które są tzw protetyczny Grupa. Na przykład metaloproteiny to białka zawierające żelazo niehemowe lub połączone atomami metali (większość enzymów), nukleoproteiny to białka połączone z kwasami nukleinowymi (chromosomy itp.), fosfoproteiny to białka zawierające reszty kwasu fosforowego (białka żółtka jaja itp.). ), glikoproteiny – białka połączone z węglowodanami (niektóre hormony, przeciwciała itp.), chromoproteiny – białka zawierające pigmenty (mioglobina itp.), lipoproteiny – białka zawierające lipidy (wchodzące w skład błon).

P ERWICZNAJA STRUKTURABEŁKOW

Struktura pierwotna białka niesie ze sobą informację jego strukturę przestrzenną.

1. Reszty aminokwasowe w łańcuchu peptydowym białek nie zmieniają się losowo, ale są ułożone w określonej kolejności. Nazywa się liniową sekwencję reszt aminokwasowych w łańcuchu polipeptydowym pierwotna struktura białka.

2. Podstawowa struktura każdego pojedynczego białka jest kodowana w cząsteczce DNA (region zwany genem) i jest realizowana podczas transkrypcji (kopiowanie informacji na mRNA) i translacji (synteza łańcucha peptydowego).

3. Każde z 50 000 pojedynczych białek w organizmie człowieka ma unikalny dla danego pojedynczego białka, struktura pierwotna. Wszystkie cząsteczki pojedynczego białka (na przykład albuminy) mają tę samą przemianę reszt aminokwasowych, co odróżnia albuminę od innych pojedynczych białek.

4. Sekwencję reszt aminokwasowych w łańcuchu peptydowym można uznać za
formularz zgłoszeniowy

z pewnymi informacjami.

Informacja ta nakazuje przestrzenne złożenie długiego liniowego łańcucha peptydowego w bardziej zwartą trójwymiarową strukturę.

STRUKTURABEŁKOW

1. Liniowe łańcuchy polipeptydowe poszczególnych białek, w wyniku oddziaływania grup funkcyjnych aminokwasów, uzyskują określoną przestrzenną, trójwymiarową strukturę, czyli konformację. W białkach globularnych są
dwa główne typy strukturałańcuchy peptydowe: struktury drugorzędowe i trzeciorzędowe.

WTÓRNYSTRUKTURABEŁKOW

2. Struktura wtórna białek jest strukturą przestrzenną powstałą w wyniku interakcji pomiędzy grupami funkcyjnymi szkieletu peptydowego. W tym przypadku łańcuch peptydowy może uzyskać regularne struktury dwa typy:os-spirale I struktury p.

Ryż. 1.2. Drugorzędną strukturą białka jest a-helisa.

W os-spirali wiązania wodorowe powstają pomiędzy atomem tlenu grupy karboksylowej a wodą rodzaj azotu amidowego szkieletu peptydowego do 4 aminokwasów; łańcuchy boczne reszt aminokwasowych znajdują się wzdłuż obwodu helisy, nie uczestnicząc w tworzeniu wiązań wodorowych tworzących strukturę drugorzędową (ryc. 1.2).

Zapobiegają temu duże pozostałości objętościowe lub pozostałości o identycznych ładunkach odpychających promują tworzenie a-helisy.

Reszta proliny przerywa α-helisę ze względu na jej strukturę pierścieniową i niemożność utworzenia wiązania wodorowego z powodu braku wodoru przy atomie azotu w łańcuchu peptydowym.

B-Struktura utworzone pomiędzy liniowymi regionami jednego łańcucha polipeptydowego, tworząc fałdy lub pomiędzy różnymi łańcuchami polipeptydowymi. Mogą tworzyć się łańcuchy polipeptydowe lub ich części równoległy(Końce N i C oddziałujących łańcuchów peptydowych są takie same) lub antyrównoległe(Końce N i C oddziałujących łańcuchów peptydowych leżą w przeciwnych kierunkach) struktury p(ryc. 1.3).

W Białka zawierają także regiony o nieregularnej strukturze drugorzędowej, tzw w przypadkowych splotach, chociaż struktury te nie zmieniają się tak bardzo w zależności od cząsteczki białka.

TRZECIORZĘDOWYSTRUKTURABEŁKOW

3. Trzeciorzędowa struktura białka jest trójwymiarową strukturą przestrzenną powstałą w wyniku oddziaływań pomiędzy rodnikami aminokwasów, które w łańcuchu peptydowym mogą znajdować się w znacznych odległościach od siebie.

Ryż. 1.3. Antyrównoległe (struktura beta).

Hydrofobowe rodniki aminokwasowe mają tendencję do łączenia się w obrębie struktury kulistej białek poprzez tzw przewodnik-interakcje rofobiczne i międzycząsteczkowe siły van der Waalsa, tworząc gęsty hydrofobowy rdzeń. Hydrofilowe, zjonizowane i niezjonizowane rodniki aminokwasów zlokalizowane są głównie na powierzchni białka i decydują o jego rozpuszczalności w wodzie.

Hydrofilowe aminokwasy znajdujące się wewnątrz hydrofobowego rdzenia mogą oddziaływać ze sobą za pomocą joński I wiązania wodorowe(Ryż. 1.4).

Ryż. 1.4. Rodzaje wiązań powstających pomiędzy rodnikami aminokwasów podczas tworzenia trzeciorzędowej struktury białka. 1 - wiązanie jonowe; 2 - wiązanie wodorowe; 3 - oddziaływania hydrofobowe; 4 - wiązanie dwusiarczkowe.

Ryż. 1,5. Wiązania dwusiarczkowe w strukturze insuliny ludzkiej.

Wiązania jonowe, wodorowe i hydrofobowe są słabe: ich energia jest niewiele wyższa od energii ruchu termicznego cząsteczek w temperaturze pokojowej.

Konformacja białka zostaje zachowana dzięki pojawieniu się wielu takich słabych wiązań.

Labilność konformacyjna białek to zdolność białek do ulegania niewielkim zmianom konformacji w wyniku rozerwania niektórych i utworzenia innych słabych wiązań.

Trzeciorzędowa struktura niektórych białek jest ustabilizowana wiązania disiarczkowe, powstaje w wyniku oddziaływania grup SH dwóch reszt cysteiny.

Większość białek wewnątrzkomórkowych nie ma kowalencyjnych wiązań dwusiarczkowych. Ich obecność jest charakterystyczna dla białek wydzielanych przez komórkę, np. wiązania dwusiarczkowe występują w cząsteczkach insuliny i immunoglobulin.

Insulina- hormon białkowy syntetyzowany w komórkach beta trzustki. Wydzielany przez komórki w odpowiedzi na wzrost stężenia glukozy we krwi. W strukturze insuliny występują 2 wiązania dwusiarczkowe łączące 2 łańcuchy polipeptydowe A i B oraz 1 wiązanie dwusiarczkowe wewnątrz łańcucha A (ryc. 1.5).

Cechy struktury drugorzędowej białek wpływają na charakter oddziaływań międzyrodnikowych i strukturę trzeciorzędową.

4. W wielu białkach o różnych strukturach i funkcjach obserwuje się pewną specyficzną kolejność naprzemienności struktur drugorzędowych i nazywa się to strukturą superwtórną.

Taki struktury uporządkowane nazywane są często motywami strukturalnymi, które mają specyficzne nazwy: „a-helisa-zwrot-helisa”, „zamek leucynowy”, „palce cynkowe”, „struktura P-beczki” itp.

Ze względu na obecność α-helis i β-struktur białka globularne można podzielić na 4 kategorie:

1. Do pierwszej kategorii zaliczają się białka zawierające wyłącznie α-helisy, na przykład mioglobina i hemoglobina (ryc. 1.6).

2. Druga kategoria obejmuje białka zawierające struktury a-helisy i (3). W tym przypadku struktury a i (3) często tworzą ten sam typ kombinacji, występujący w różnych pojedynczych białkach.

Przykład. Struktura nadwtórna typu P-barrel.

Enzym izomeraza triozofosforanowa ma strukturę superwtórną typu P-beczułki, gdzie każda (3-struktura jest zlokalizowana wewnątrz P-beczki i jest powiązana z regionem α-helikalnym polipeptydułańcuchy zlokalizowane na powierzchni cząsteczki (ryc. 1.7, A).

Ryż. 1.7. Struktura nadwtórna typu p-baryłkowego.

a - izomeraza triozofosforanowa; b - domena Piru Vatka Nazy.

Tę samą strukturę superwtórną znaleziono w jednej z domen cząsteczki enzymu kinazy pirogronianowej (ryc. 1.7, b). Domena jest częścią cząsteczki, której struktura przypomina niezależne białko globularne.

Kolejny przykład powstawania struktury superwtórnej, która ma struktury P i os-helisy. W jednej z domen dehydrogenazy mleczanowej (LDH) i kinazy fosfoglicerynianowej struktury P łańcucha polipeptydowego są zlokalizowane pośrodku w postaci skręconego arkusza, a każda struktura P jest powiązana z obszarem α-helikalnym zlokalizowanym na powierzchni cząsteczki (ryc. 1.8).

Ryż. 1.8. Struktura wtórna, charakterystyczna dla wielu fer- gliniarze.

A-domena dehydrogenazy mleczanowej; B- domena kinazy fosfoglicerynianowej.

3. Trzecia kategoria obejmuje białka, które mają zawierający tylko drugorzędową strukturę p. Takie struktury znajdują się w immunoglobulinach, w enzymie dysmutazie ponadtlenkowej (ryc. 1.9).

Ryż. 1.9. Struktura drugorzędowa domeny stałej immunoglobuliny (A)

oraz enzym dysmutaza ponadtlenkowa (B).

4. Czwarta kategoria obejmuje białka zawierające tylko niewielką ilość regularnych struktur drugorzędowych. Białka te obejmują małe białka bogate w cystynę lub metaloproteiny.

Białka wiążące DNA mają typowe typy struktur superwtórnych: „os-helix-turn-os-helix”, „zamek leucynowy”, „cynk-Twoje palce." Białka wiążące DNA zawierają miejsce wiązania, które jest komplementarne do regionu DNA o określonej sekwencji nukleotydowej. Białka te biorą udział w regulacji działania genów.

« A- Spirala – obrót – spirala”

Ryż. 1.10. Łączenie superwtórnego

Struktury typu „a-helisa-zwrot-helisa”.

w głównym rowku D

Ten motyw strukturalny obejmuje 2 helisy: jedną krótszą, drugą dłuższą, połączone zwojem łańcucha polipeptydowego (ryc. 1.10).

Krótsza α-helisa znajduje się w poprzek rowka DNA, a dłuższa α-helisa znajduje się w głównym rowku, tworząc niekowalencyjne specyficzne wiązania rodników aminokwasów z nukleotydami DNA.

Często białka o takiej strukturze tworzą dimery, w rezultacie białko oligomeryczne ma 2 struktury superwtórne.

Dwie takie struktury mogą wiązać DNA w sąsiadujących obszarach głównych rowków

bezistotne zmiany w strukturze białek.

„Palec cynkowy”

„Palec cynkowy” to fragment białka zawierający około 20 reszt aminokwasowych (ryc. 1.12).

Atom cynku jest związany z 4 rodnikami aminokwasowymi: 2 resztami cysteiny i 2 resztami histydyny.

W niektórych przypadkach zamiast reszt histydyny występują reszty cysteiny.

białka w postaci „palca cynkowego”.

Ten region białka tworzy α-helisę, która może specyficznie wiązać się z regionami regulatorowymi głównego rowka DNA.

Białka oddziałujące mają region α-helikalny zawierający co najmniej 4 reszty leucyny.

Reszty leucyny są oddalone od siebie o 6 aminokwasów.

Ponieważ każdy zwój α-helisy zawiera resztę 3,6-aminokwasową, rodniki leucyny znajdują się na powierzchni co drugiego zwoju.

Reszty leucyny α-helisy jednego białka mogą oddziaływać z resztami leucyny innego białka (oddziaływania hydrofobowe), łącząc je ze sobą (ryc. 1.13).

Wiele białek wiążących DNA oddziałuje z DNA w postaci struktur oligomerycznych, gdzie podjednostki są połączone ze sobą „zamkami leucynowymi”. Przykładem takich białek są histony.

Histony- białka jądrowe, które zawierają dużą liczbę dodatnio naładowanych aminokwasów - argininę i lizynę (do 80%).

Cząsteczki histonów łączone są w oligomeryczne kompleksy zawierające 8 monomerów za pomocą „zamków leucynowych”, pomimo silnego ładunku dodatniego tych cząsteczek.

Streszczenie. Wszystkie cząsteczki pojedynczego białka, posiadające identyczną strukturę pierwszorzędową, uzyskują w roztworze tę samą konformację.

Zatem, o charakterze przestrzennego układu łańcucha peptydowego decyduje aminokwasskład i naprzemienność reszt aminokwasowych wwięzy. W związku z tym konformacja jest tak samo specyficzną cechą pojedynczego białka, jak jego pierwotna struktura.

Białka składają się z łańcucha polipeptydowego, a cząsteczka białka może składać się z jednego, dwóch lub kilku łańcuchów. Jednak o właściwościach fizycznych, biologicznych i chemicznych biopolimerów decyduje nie tylko ogólna budowa chemiczna, która może być „bez znaczenia”, ale także obecność innych poziomów organizacji cząsteczki białka.

Określany na podstawie ilościowego i jakościowego składu aminokwasów. Wiązania peptydowe stanowią podstawę struktury pierwszorzędowej. Hipotezę tę po raz pierwszy sformułował w 1888 r. A. Ya Danilevsky, a później jego założenia potwierdziła synteza peptydów, którą przeprowadził E. Fischer. Strukturę cząsteczki białka szczegółowo zbadali A. Ya. Danilevsky i E. Fischer. Zgodnie z tą teorią cząsteczki białka składają się z dużej liczby reszt aminokwasowych połączonych wiązaniami peptydowymi. Cząsteczka białka może mieć jeden lub więcej łańcuchów polipeptydowych.

Do badania struktury pierwszorzędowej białek stosuje się środki chemiczne i enzymy proteolityczne. Zatem, stosując metodę Edmana, bardzo wygodnie jest zidentyfikować końcowe aminokwasy.

Struktura drugorzędowa białka pokazuje konfigurację przestrzenną cząsteczki białka. Wyróżnia się następujące typy struktury wtórnej: alfa helikalna, beta helikalna, helisa kolagenowa. Naukowcy odkryli, że helisa alfa jest najbardziej charakterystyczna dla struktury peptydów.

Drugorzędowa struktura białka jest stabilizowana za pomocą Te ostatnie powstają pomiędzy tymi, które są połączone z elektroujemnym atomem azotu jednego wiązania peptydowego i karbonylowym atomem tlenu czwartego aminokwasu i są skierowane wzdłuż helisy. Obliczenia energetyczne pokazują, że prawoskrętna helisa alfa, która występuje w białkach natywnych, skuteczniej polimeryzuje te aminokwasy.

Struktura drugorzędowa białka: struktura beta-arkuszowa

Łańcuchy polipeptydowe w arkuszach beta są w pełni rozciągnięte. Fałdy beta powstają w wyniku oddziaływania dwóch wiązań peptydowych. Wskazana struktura jest charakterystyczna dla (keratyny, fibroiny itp.). W szczególności beta-keratyna charakteryzuje się równoległym ułożeniem łańcuchów polipeptydowych, które są dodatkowo stabilizowane międzyłańcuchowymi wiązaniami dwusiarczkowymi. W fibroinie jedwabiu sąsiednie łańcuchy polipeptydowe są antyrównoległe.

Struktura drugorzędowa białka: helisa kolagenowa

Formacja składa się z trzech spiralnych łańcuchów tropokolagenu, który ma kształt pręta. Spiralne łańcuchy skręcają się i tworzą superhelisę. Helisa jest stabilizowana przez wiązania wodorowe, które powstają pomiędzy wodorem peptydowych grup aminowych reszt aminokwasowych jednego łańcucha i tlenem grupy karbonylowej reszt aminokwasowych drugiego łańcucha. Prezentowana struktura nadaje kolagenowi dużą wytrzymałość i elastyczność.

Trzeciorzędowa struktura białka

Większość białek w stanie natywnym ma bardzo zwartą strukturę, o której decyduje kształt, wielkość i polarność rodników aminokwasowych, a także sekwencja aminokwasów.

Oddziaływania hydrofobowe, jonowe, wiązania wodorowe itp. mają istotny wpływ na proces powstawania natywnej konformacji białka lub jego struktury trzeciorzędowej. Pod wpływem tych sił następuje termodynamicznie odpowiednia konformacja cząsteczki białka i jej stabilizacja osiągnięty.

Struktura czwartorzędowa

Ten typ struktury molekularnej wynika z połączenia kilku podjednostek w jedną złożoną cząsteczkę. Każda podjednostka obejmuje struktury pierwotne, drugorzędne i trzeciorzędowe.

Konformacja to przestrzenny układ w cząsteczce organicznej grup podstawników, które mogą swobodnie zmieniać swoje położenie w przestrzeni bez rozrywania wiązań, w wyniku swobodnego obrotu wokół pojedynczych wiązań węgla.

Istnieją 2 typy drugorzędowej struktury białek:

• 1. b-helisa
• 2. składanie c.

Struktura drugorzędowa jest stabilizowana wiązaniami wodorowymi. Wiązania wodorowe występują pomiędzy atomem wodoru w grupie NH a tlenem karboksylowym.

Charakterystyka b-helisy.

B-helisa jest stabilizowana przez wiązania wodorowe, które występują pomiędzy co pierwszym i czwartym aminokwasem. Smoła helisy zawiera 3,6 reszt aminokwasowych.

Tworzenie b-helisy następuje zgodnie z ruchem wskazówek zegara (spirala prawoskrętna), ponieważ naturalne białka składają się z L-aminokwasów.

Każde białko charakteryzuje się własnym stopniem spirali łańcucha polipeptydowego. Sekcje spiralne przeplatają się z liniowymi. W cząsteczce hemoglobiny łańcuchy b i b są spiralne w 75%, w lizozymie - 42%, w pepsynie - 30%.

Stopień helikalizacji zależy od pierwotnej struktury białka.

B-helisa powstaje spontanicznie i jest najbardziej stabilną konformacją łańcucha polipeptydowego, odpowiadającą minimalnej energii swobodnej.

Wszystkie grupy peptydowe uczestniczą w tworzeniu wiązań wodorowych. Zapewnia to maksymalną stabilność b-helisy.

Ponieważ w tworzeniu wiązań wodorowych zwykle uczestniczą wszystkie grupy hydrofilowe szkieletu peptydowego, wzrasta hydrofobowość helis alfa.

Rodniki aminokwasów znajdują się na zewnątrz helis alfa i są skierowane od szkieletu peptydowego. Nie biorą udziału w tworzeniu wiązań wodorowych i są charakterystyczne dla struktury drugorzędowej, jednak niektóre z nich mogą zakłócać powstawanie helis alfa:

Prolina. Jego atom azotu stanowi część sztywnego pierścienia, co eliminuje możliwość rotacji wokół wiązań N-CH. Ponadto atom azotu proliny, który tworzy wiązanie z innym aminokwasem, nie zawiera wodoru. W rezultacie prolina nie jest w stanie utworzyć wiązania wodorowego, a struktura helis alfa zostaje zakłócona. Zwykle w tym miejscu występuje pętla lub zagięcie.

Obszary, w których znajduje się kolejno kilka identycznie naładowanych rodników, pomiędzy którymi powstają elektrostatyczne siły odpychające.

Obszary z blisko rozmieszczonymi, nieporęcznymi rodnikami, które mechanicznie zakłócają tworzenie helis alfa, na przykład metionina, tryptofan.

Aminokwas prolina zapobiega spiralizacji cząsteczki białka.

c-fałdowanie ma lekko zakrzywioną konfigurację łańcucha polipeptydowego.

Jeśli związane łańcuchy polipeptydowe są skierowane w przeciwne strony, powstaje antyrównoległa struktura β, ale jeśli końce N i C łańcuchów polipeptydowych pokrywają się, pojawia się struktura równoległej harmonijkowej warstwy β.

Fałdowanie β charakteryzuje się wiązaniami wodorowymi w obrębie pojedynczego łańcucha polipeptydowego lub złożonych łańcuchów polipeptydowych.

W białkach przejścia od b-helisy do b-fałdowania i z powrotem są możliwe dzięki przegrupowaniu wiązań wodorowych.

Składanie typu B ma płaski kształt.

B-helisa ma kształt pręta.

Wiązania wodorowe są wiązaniami słabymi, energia wiązania wynosi 10 - 20 kcal/mol, ale duża liczba wiązań zapewnia stabilność cząsteczki białka.

W cząsteczce białka występują wiązania mocne (kowalencyjne) i słabe, co zapewnia z jednej strony stabilność cząsteczki, a z drugiej labilność.

L W wyniku oddziaływania grup funkcyjnych aminokwasów liniowe łańcuchy polipeptydowe poszczególnych białek uzyskują pewną przestrzenną, trójwymiarową strukturę, zwaną „konformacją”. Wszystkie cząsteczki poszczególnych białek (tj. te, które mają tę samą strukturę pierwszorzędową) tworzą w roztworze tę samą konformację. W konsekwencji cała informacja niezbędna do powstania struktur przestrzennych zlokalizowana jest w strukturze pierwszorzędowej białek.

W białkach istnieją 2 główne typy konformacji łańcuchów polipeptydowych: struktury drugorzędowe i trzeciorzędowe.

2. Struktura wtórna białek - struktura przestrzenna wynikająca z interakcji pomiędzy grupami funkcyjnymi szkieletu peptydowego.

W tym przypadku łańcuchy peptydowe mogą uzyskać regularne struktury dwóch typów: α-helisy

Struktura β Przez strukturę β rozumiemy figurę przypominającą arkusz złożony jak harmonijka. Figura powstaje w wyniku utworzenia wielu wiązań wodorowych pomiędzy atomami grup peptydowych regionów liniowych jednego łańcucha polipeptydowego tworzących zagięcia lub pomiędzy różnymi grupami polipeptydowymi.

Wiązania to wodór, stabilizują poszczególne fragmenty makrocząsteczek.

3. Trzeciorzędowa struktura białek - trójwymiarowa struktura przestrzenna powstająca w wyniku oddziaływań pomiędzy rodnikami aminokwasów, które w łańcuchu polipeptydowym mogą znajdować się w znacznych odległościach od siebie.

Strukturalnie składa się z elementów struktury wtórnej, stabilizowanych różnego rodzaju oddziaływaniami, w których kluczową rolę odgrywają oddziaływania hydrofobowe
stabilizacja trzeciorzędowej struktury białka bierze udział:

· wiązania kowalencyjne (pomiędzy dwiema resztami cysteinowymi – mostkami dwusiarczkowymi);

· wiązania jonowe pomiędzy przeciwnie naładowanymi grupami bocznymi reszt aminokwasowych;

· wiązania wodorowe;

· Oddziaływania hydrofilowo-hydrofobowe. Podczas interakcji z otaczającymi cząsteczkami wody cząsteczka białka „ma tendencję” do fałdowania, w wyniku czego niepolarne boczne grupy aminokwasów są izolowane z roztworu wodnego; polarne hydrofilowe grupy boczne pojawiają się na powierzchni cząsteczki.

4. Struktura czwartorzędowa to względne ułożenie kilku łańcuchów polipeptydowych w obrębie pojedynczego kompleksu białkowego. Cząsteczki białek tworzące białko o strukturze czwartorzędowej powstają osobno na rybosomach i dopiero po zakończeniu syntezy tworzą wspólną strukturę supramolekularną. Białko o strukturze czwartorzędowej może zawierać zarówno identyczne, jak i różne łańcuchy polipeptydowe. Weź udział w stabilizacji struktury czwartorzędowej te same rodzaje interakcji, co w stabilizacji trzeciorzędowej. Supramolekularne kompleksy białkowe mogą składać się z kilkudziesięciu cząsteczek.

Rola.

Powstawanie peptydów w organizmie następuje w ciągu kilku minut, synteza chemiczna w laboratorium jest procesem dość długotrwałym, który może zająć kilka dni, a rozwój technologii syntezy może zająć kilka lat. Jednak pomimo tego istnieją dość mocne argumenty przemawiające za podjęciem prac nad syntezą analogów naturalnych peptydów. Po pierwsze, poprzez chemiczną modyfikację peptydów można potwierdzić hipotezę struktury pierwszorzędowej. Sekwencje aminokwasowe niektórych hormonów poznano dokładnie dzięki syntezie ich analogów w laboratorium.

Po drugie, syntetyczne peptydy pozwalają nam bardziej szczegółowo zbadać związek pomiędzy strukturą sekwencji aminokwasowej a jej aktywnością. Aby wyjaśnić związek między specyficzną strukturą peptydu a jego aktywnością biologiczną, włożono ogromną ilość pracy w syntezę ponad tysiąca analogów. W rezultacie stwierdzono, że zastąpienie w strukturze peptydu tylko jednego aminokwasu może kilkukrotnie zwiększyć jego aktywność biologiczną lub zmienić jej kierunek. Zmiana długości sekwencji aminokwasów pomaga określić lokalizację aktywnych centrów peptydu i miejsce interakcji z receptorem.

Po trzecie, dzięki modyfikacji pierwotnej sekwencji aminokwasów możliwe stało się otrzymywanie leków farmakologicznych. Tworzenie analogów naturalnych peptydów pozwala na identyfikację bardziej „efektywnych” konfiguracji cząsteczek, które wzmacniają efekt biologiczny lub przedłużają jego trwałość.

Po czwarte, chemiczna synteza peptydów jest korzystna ekonomicznie. Większość leków terapeutycznych kosztowałaby dziesiątki razy więcej, gdyby były wykonane z produktu naturalnego.

Często aktywne peptydy występują w naturze jedynie w ilościach nanogramowych. Ponadto metody oczyszczania i izolowania peptydów ze źródeł naturalnych nie pozwalają na całkowite oddzielenie pożądanej sekwencji aminokwasów od peptydów o odwrotnym lub różnym działaniu. Natomiast w przypadku konkretnych peptydów syntetyzowanych przez organizm ludzki, można je pozyskać jedynie poprzez syntezę w warunkach laboratoryjnych.

57. Klasyfikacja białek: proste i złożone, kuliste i włókniste, monomeryczne i oligomeryczne. Funkcje białek w organizmie.

Klasyfikacja według rodzaju konstrukcji

W oparciu o ogólny typ struktury białka można podzielić na trzy grupy:

1. Białka włókniste - tworzą polimery, ich struktura jest zwykle bardzo regularna i utrzymuje się głównie w wyniku interakcji pomiędzy różnymi łańcuchami. Tworzą mikrofilamenty, mikrotubule, włókienka i wspierają strukturę komórek i tkanek. Białka włókniste obejmują keratynę i kolagen.

2. Białka globularne są rozpuszczalne w wodzie, ogólny kształt cząsteczki jest mniej więcej kulisty.

3. Białka błonowe - mają domeny, które przechodzą przez błonę komórkową, ale ich części wystają z błony do środowiska międzykomórkowego i cytoplazmy komórki. Białka błonowe pełnią funkcję receptorów, czyli przekazują sygnały, a także zapewniają transbłonowy transport różnych substancji. Białka transportowe są specyficzne; każde z nich umożliwia przejście przez błonę tylko określonym cząsteczkom lub określonemu rodzajowi sygnału.

Proste białka , Złożone białka

Oprócz łańcuchów peptydowych wiele białek zawiera również grupy inne niż aminokwasy i zgodnie z tym kryterium białka dzieli się na dwie duże grupy - białka proste i złożone(białka). Proste białka składają się wyłącznie z łańcuchów polipeptydowych; złożone białka zawierają również grupy nieaminokwasowe, czyli prostetyczne.

Prosty.

Wśród białek globularnych możemy wyróżnić:

1. albuminy – rozpuszczalne w wodzie w szerokim zakresie pH (od 4 do 8,5), wytrącane 70-100% roztworem siarczanu amonu;

2. globuliny wielofunkcyjne o większej masie cząsteczkowej, słabiej rozpuszczalne w wodzie, rozpuszczalne w roztworach soli, często zawierają część węglowodanową;

3. histony to białka o niskiej masie cząsteczkowej, charakteryzujące się dużą zawartością w cząsteczce reszt argininy i lizyny, co decyduje o ich podstawowych właściwościach;

4. protaminy wyróżniają się jeszcze większą zawartością argininy (do 85%), podobnie jak histony tworzą trwałe wiązania z kwasami nukleinowymi, pełniąc funkcję białek regulatorowych i represorowych - integralnej części nukleoprotein;

5. prolaminy charakteryzują się dużą zawartością kwasu glutaminowego (30-45%) i proliny (do 15%), nierozpuszczalnych w wodzie, rozpuszczalnych w 50-90% etanolu;

6. Gluteliny zawierają około 45% kwasu glutaminowego, podobnie jak prolaminy i często występują w białkach zbóż.

Białka włókniste charakteryzują się włóknistą budową i są praktycznie nierozpuszczalne w wodzie i roztworach soli. Łańcuchy polipeptydowe w cząsteczkach są ułożone równolegle do siebie. Uczestniczą w tworzeniu elementów strukturalnych tkanki łącznej (kolageny, keratyny, elastyny).

Złożone białka

(białka, holoproteiny) to białka dwuskładnikowe, które oprócz łańcuchów peptydowych (białko proste) zawierają składnik nieaminokwasowy – grupę prostetyczną. Podczas hydrolizy białek złożonych oprócz aminokwasów uwalniana jest część niebiałkowa lub produkty jej rozkładu.

Jako grupę prostetyczną mogą działać różne substancje organiczne (lipidy, węglowodany) i nieorganiczne (metale).

W zależności od charakteru chemicznego grup prostetycznych wśród białek złożonych wyróżnia się następujące klasy:

· Glikoproteiny zawierające kowalencyjnie związane reszty węglowodanowe jako grupa prostetyczna i ich podklasa – proteoglikany, z grupami prostetycznymi mukopolisacharydów. Grupy hydroksylowe seryny lub treoniny zazwyczaj uczestniczą w tworzeniu wiązań z resztami węglowodanowymi. Większość białek zewnątrzkomórkowych, w szczególności immunoglobulin, to glikoproteiny. Część węglowodanowa proteoglikanów wynosi ~95%; są one głównym składnikiem macierzy międzykomórkowej.

· Lipoproteiny zawierające niekowalencyjnie związane lipidy jako część protetyczna. Lipoproteiny tworzą białka apolipoproteinowe, które wiążą się z nimi lipidami i pełnią funkcję transportu lipidów.

· Metaloproteiny zawierające niehemowe skoordynowane jony metali. Wśród metaloprotein znajdują się białka pełniące funkcje magazynowania i transportu (na przykład ferrytyna zawierająca żelazo i transferyna) oraz enzymy (na przykład anhydraza węglanowa zawierająca cynk i różne dysmutazy ponadtlenkowe zawierające jony miedzi, manganu, żelaza i innych metali jako centra aktywne )

· Nukleoproteiny zawierające niekowalencyjnie związany DNA lub RNA, w szczególności chromatyna, z której składają się chromosomy, jest nukleoproteiną.

· Fosfoproteiny zawierające kowalencyjnie związane reszty kwasu fosforowego jako grupa prostetyczna. Grupy hydroksylowe seryny lub treoniny uczestniczą w tworzeniu wiązania estrowego z fosforanem, w szczególności kazeina mleczna jest fosfoproteiną:

· Chromoproteiny to zbiorcza nazwa złożonych białek z kolorowymi grupami prostetycznymi o różnym charakterze chemicznym. Należą do nich wiele białek z grupą prostetyczną porfiryny zawierającą metal, która pełni różne funkcje - hemoproteiny (białka zawierające hem jako grupę prostetyczną - hemoglobinę, cytochromy itp.), Flawoproteiny z grupą flawinową itp.;

1. Funkcja strukturalna

2. Funkcja ochronna

3. Funkcja regulacyjna

4. Funkcja alarmu

5. Funkcja transportowa

6. Funkcja zapasowa (zapasowa).

7. Funkcja receptora

8. Funkcja silnika (silnika).