Строение и функции белков. денатурация белка

Описание и примеры

Многие белки на самом деле представляют собой сборки нескольких полипептид цепи. Четвертичная структура относится к количеству и расположению белковые субъединицы по отношению друг к другу. Примеры белков с четвертичной структурой включают: гемоглобин, ДНК-полимераза, и ионные каналы.

Ферменты состоящий из субъединиц с различными функциями, иногда называют холоэнзимы, в котором некоторые части могут быть известны как регуляторные субъединицы, а функциональное ядро ​​известно как каталитическая субъединица. Другие сборки, называемые вместо этого мультипротеиновые комплексы также обладают четвертичным строением. Примеры включают нуклеосомы и микротрубочки. Изменения в четвертичной структуре могут происходить через конформационные изменения внутри отдельных субъединиц или путем переориентации субъединиц друг относительно друга. Именно благодаря таким изменениям, которые лежат в основе сотрудничество и аллостерия в «мультимерных» ферментах многие белки регулируются и выполняют свои физиологические функции.

Приведенное выше определение следует классическому подходу к биохимии, установленному в те времена, когда трудно было уточнить различие между белком и функциональной белковой единицей. В последнее время люди обращаются к белок-белковое взаимодействие при обсуждении четвертичной структуры белков и рассматривать все сборки белков как белковые комплексы.

Вычислительное предсказание структуры белка

Создание белковой последовательности намного проще, чем определение структуры белка. Однако структура белка дает гораздо больше информации о функции белка, чем его последовательность. Поэтому был разработан ряд методов компьютерного предсказания структуры белка по его последовательности. В методах предсказания ab initio используется только последовательность белка. Методы моделирования потоков и гомологии позволяют построить трехмерную модель для белка неизвестной структуры из экспериментальных структур эволюционно связанных белков, называемых семейством белков .

Рекомендации

1. Крик Ф.Х., Оргель ЛЕ. Теория межаллельной комплементации. J Mol Biol. 1964 Янв; 8: 161-5. DOI: 10.1016 / s0022-2836 (64) 80156-х. PMID: 14149958
2. Бернштейн H, Эдгар RS, Денхардт GH. Внутригенная комплементация среди термочувствительных мутантов бактериофага T4D. Генетика. 1965; 51 (6): 987-1002.
3. Смоллвуд С., Чевик Б., Мойер С.А. Внутригенная комплементация и олигомеризация субъединицы L РНК-полимеразы вируса Сендай. Вирусология. 2002; 304 (2): 235-245. DOI: 10.1006 / viro.2002.1720
4. Родригес-Помбо П., Перес-Серда С., Перес Б., Десвиат Л. Р., Санчес-Пулидо Л., Угарте М. К модели, объясняющей внутригенную комплементацию в гетеромультимерном протеине пропионил-КоА-карбоксилазе. Biochim Biophys Acta. 2005; 1740 (3): 489-498. DOI: 10.1016 / j.bbadis.2004.10.009
5. Jehle H. Межмолекулярные силы и биологическая специфичность. Proc Natl Acad Sci U S. A. 1963; 50 (3): 516-524. DOI: 10.1073 / pnas.50.3.516
6. Xiao, X., Wang, P. & Chou, K. C. (2009) Предсказание четвертичного структурного атрибута белка путем гибридизации состава функциональных доменов и состава псевдоаминокислот. Журнал прикладной кристаллографии 42, 169–173.

Белковая динамика и конформационные ансамбли

Белки не являются статическими объектами, а скорее населяют ансамбли конформационных состояний . Переходы между этими состояниями обычно происходят на наномасштабе и связаны с функционально значимыми явлениями, такими как аллостерическая передача сигналов и ферментативный катализ . Белковая динамика и конформационные изменения позволяют белкам функционировать как наноразмерные биологические машины внутри клеток, часто в форме мультибелковых комплексов . Примеры включают моторные белки , такие как миозин , который отвечает за сокращение мышц , кинезин , который перемещает груз внутри клеток от ядра по микротрубочкам , и динеин , который перемещает груз внутри клеток к ядру и вызывает аксонемное биение и жгутики . « представляет собой наномашину, состоящую из, возможно, более 600 белков в молекулярных комплексах, многие из которых также функционируют независимо как наномашины … Гибкие линкеры позволяют связанным ими рекрутировать свое связывание. партнеры и вызывают аллостерию на большие расстояния через ».

Схематическое изображение двух основных подходов к ансамблевому моделированию.

Белки часто считаются относительно стабильными третичными структурами, которые претерпевают конформационные изменения после взаимодействия с другими белками или как часть ферментативной активности. Однако белки могут иметь разную степень стабильности, и некоторые из менее стабильных вариантов представляют собой протеины с неупорядоченной структурой . Эти белки существуют и функционируют в относительно «неупорядоченном» состоянии, лишенном стабильной третичной структуры . В результате их трудно описать одной фиксированной третичной структурой . Конформационные ансамбли были разработаны как способ обеспечить более точное и «динамическое» представление конформационного состояния внутренне неупорядоченных белков .

Конформационные ансамбли были созданы для ряда высокодинамичных и частично развернутых белков, таких как Sic1 / Cdc4 , p15 PAF , MKK7 , бета-синуклеин и P27.

Номенклатура [ править ]

Количество субъединиц в олигомерном комплексе описывается с использованием названий, оканчивающихся на -mer (греч. «Часть, субъединица»). Формальные и греко-латинские названия обычно используются для первых десяти типов и могут использоваться до двадцати субъединиц, тогда как комплексы более высокого порядка обычно описываются количеством субъединиц, за которыми следует -мерный.

* Нет известных примеров

Хотя комплексы выше октамеров редко наблюдаются для большинства белков, есть несколько важных исключений. Вирусные капсиды часто состоят из 60 белков. В клетке также обнаружено несколько молекулярных машин , таких как протеасома (четыре гептамерных кольца = 28 субъединиц), транскрипционный комплекс и сплайсосома . Рибосомы , вероятно , самая большая молекулярная машина, и состоит из множества РНК и белковых молекул.

В некоторых случаях белки образуют комплексы, которые затем собираются в еще более крупные комплексы. В таких случаях используется номенклатура, например «димер димеров» или «тример димеров», чтобы предположить, что комплекс может диссоциировать на более мелкие субкомплексы перед диссоциацией на мономеры.

Прогноз

Некоторые методы биоинформатики были разработаны для прогнозирования четвертичных структурных атрибутов белков на основе информации об их последовательностях с использованием различных способов псевдоаминокислотный состав (см., например, ссылки.).

Прямое измерение массы целых комплексов

• седиментационное равновесие аналитическое ультрацентрифугирование
• электроспрей масс-спектрометрии
• Масс-спектрометрический иммуноанализ MSIA

Прямое измерение размеров неповрежденных комплексов

• статическое рассеяние света
• эксклюзионная хроматография (требуется калибровка)
• Двойная поляризационная интерферометрия

Косвенное измерение размеров неповрежденных комплексов

• скорость седиментации аналитическое ультрацентрифугирование (измеряет переводной постоянная диффузии)
• динамическое рассеяние света (измеряет переводной постоянная диффузии)
• импульсный градиент ядерный магнитный резонанс белка (измеряет переводной постоянная диффузии)
• поляризация флуоресценции (измеряет вращательный постоянная диффузии)
• диэлектрическая релаксация (измеряет вращательный постоянная диффузии)
• Двойная поляризационная интерферометрия (измеряет размер и плотность комплекса)

Методы измерения массы или объема под разворачиваться условия (такие как МАЛДИ-ТОФ масс-спектрометрии и SDS-СТРАНИЦА) обычно бесполезны, поскольку ненативные условия обычно вызывают диссоциацию комплекса на мономеры. Однако иногда они могут быть применимы; например, экспериментатор может применить SDS-PAGE после первой обработки интактного комплекса химическим веществом. перекрестная ссылка реагенты.

Описание и примеры [ править ]

Многие белки на самом деле представляют собой сборки нескольких полипептидных цепей. Четвертичная структура относится к количеству и расположению белковых субъединиц относительно друг друга. Примеры белков с четвертичной структурой включают гемоглобин , ДНК-полимеразу и ионные каналы .

Ферменты, состоящие из субъединиц с различными функциями, иногда называют холоферментами , в которых некоторые части могут быть известны как регуляторные субъединицы, а функциональное ядро ​​известно как каталитическая субъединица. Другие сборки, называемые вместо этого мультибелковыми комплексами, также обладают четвертичной структурой. Примеры включают нуклеосомы и микротрубочки . Изменения в четвертичной структуре могут происходить через конформационные изменения внутри отдельных субъединиц или за счет переориентации субъединиц относительно друг друга. Именно через такие изменения лежат в основе сотрудничества и аллостерии. в «мультимерных» ферментах многие белки регулируются и выполняют свои физиологические функции.

Вышеприведенное определение следует классическому подходу к биохимии, установленному в те времена, когда было трудно объяснить различие между белком и функциональной белковой единицей. В последнее время люди обращаются к взаимодействию белок-белок при обсуждении четвертичной структуры белков и рассматривают все сборки белков как белковые комплексы .

Типы третичных структур

Глобулярные белки

Большинство белков попадают в эту категорию. Глобулярные белки образуют компактную шариковидную форму, где гидрофобные аминокислоты находятся в центре структуры, а гидрофильные аминокислоты находятся на поверхности, образуя молекулу, которая растворима в воде. Многие глобулярные белки имеют домены, которые являются локально свернутыми частями третичной структуры, в пределах от 50 аминокислот до 350 аминокислот. Один домен может быть найдено более чем в одном белке, если белки имеют сходные функции, а белок с множественными функциями может иметь более одного домена, каждый из которых играет определенную роль. Примером глобулярных белков являются ферменты, найденные в наших клетках.

Волокнистые белки

Волокнистые белки состоят из волокон, часто состоящих из повторяющихся последовательностей аминокислот, в результате чего получается высокоупорядоченная удлиненная молекула. Они включают хрящ, который обеспечивает структурную поддержку и нерастворим в воде.

• кофактор – Важный небелковый компонент в ферментах, который активирует их или играет роль в химических реакциях.
• изомер – Соединения с различным расположением атомов, но одинаковыми химическая формула,
• лиганд – вещество, такое как гормон, который связывается с определенной биомолекулой, чтобы служить цели.
• Четвертичная структура – Формируется, когда несколько белковых субъединиц объединяются в комплекс.

Свойства белков

Примем во внимание два главных свойства:

• Денатурация — нарушение природной структуры белка при воздействии на него определенных факторов (высокой температуры, излучения, воздействия кислот, щелочей, солей). Обратимая денатурация называется ренатурацией — процесс обратим, если не разрушается первичная структура, являющаяся основной. При необратимой денатурации затрагивается первичная структура, которая восстановиться уже не может. В качестве примера такого процесса можно привести яйцо, которое на сковороде превращается в яичницу. В этом случае строение белка полностью нарушено и не восстановимо.
• Белки — органические растворители. Данные макромолекулы используются и как отличные растворители.

Обязательно стоит перейти к вопросу о классификациях белков. Разные биополимеры имеют разное строение, а также физические свойства.
Рис. 5. Четвертичная структура белка

Базы данных структуры белков

Белковая структура базы данных представляет собой базу данных, которая моделируется вокруг различных белковых структур. Целью большинства баз данных о структуре белков является организация и аннотирование структур белков, предоставляя биологическому сообществу доступ к экспериментальным данным в удобной форме. Данные, включенные в базы данных структур белков, часто включают трехмерные координаты, а также экспериментальную информацию, такую ​​как размеры элементарной ячейки и углы для структур, определенных . Хотя в большинстве случаев, в данном случае белки или определения конкретной структуры белка, также содержат информацию о последовательностях, а некоторые базы данных даже предоставляют средства для выполнения запросов на основе последовательностей, основным атрибутом базы данных структур является структурная информация, тогда как базы данных последовательностей сосредоточены на информация о последовательности и не содержит структурной информации для большинства записей. Базы данных структуры белков имеют решающее значение для многих усилий в вычислительной биологии, таких как , как при разработке используемых вычислительных методов, так и при предоставлении большого экспериментального набора данных, используемого некоторыми методами для понимания функции белка.

Определение структуры белка

Примеры белковых структур из PDB

Скорость определения структуры белка по методам и годам

Около 90% белковых структур, доступных в банке данных о белках , были определены с помощью рентгеновской кристаллографии . Этот метод позволяет измерить трехмерное (3-D) распределение плотности электронов в белке в кристаллизованном состоянии и, таким образом, вывести трехмерные координаты всех атомов, которые должны быть определены с определенным разрешением. Примерно 9% известных белковых структур были получены методами ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Для более крупных белковых комплексов криоэлектронная микроскопия может определить белковые структуры. Разрешение обычно ниже, чем у рентгеновской кристаллографии или ЯМР, но максимальное разрешение постоянно увеличивается. Этот метод по-прежнему особенно ценен для очень больших белковых комплексов, таких как белки оболочки вируса и амилоидные волокна.

Общий состав вторичной структуры можно определить с помощью кругового дихроизма . Колебательную спектроскопию также можно использовать для характеристики конформации пептидов, полипептидов и белков. Двумерная инфракрасная спектроскопия стала ценным методом исследования структур гибких пептидов и белков, которые невозможно изучить другими методами. Более качественную картину структуры белка часто получают с помощью протеолиза , который также полезен для скрининга более кристаллизующихся образцов белка. Новые реализации этого подхода, включая быстрый параллельный протеолиз (FASTpp) , позволяют исследовать структурированную фракцию и ее стабильность без необходимости очистки. После того, как структура белка была определена экспериментально, дальнейшие подробные исследования могут быть выполнены с помощью вычислений с использованием молекулярно-динамического моделирования этой структуры.

Определение четвертичной структуры белка[править | править код]

Белки четвертичной структуры могут быть определены с использованием различных экспериментальных методов, которые требуют образца белка в различных экспериментальных условиях. Эксперименты часто обеспечивают оценку массы нативного белка и, вместе со знанием массы и/или стехиометрии субъединицы, позволяют предположить четвертичную структуру. Число субъединиц в белковом комплексе часто может быть определено путём измерения гидродинамического молекулярного объёма или массы комплекса. Некоторые методы биоинформатики были разработаны для прогнозирования признаков четвертичной структуры белков на основе информации об их последовательности.

Описание и примеры

Многие белки на самом деле представляют собой сборки нескольких полипептид цепи. Четвертичная структура относится к количеству и расположению белковые субъединицы по отношению друг к другу. Примеры белков с четвертичной структурой включают: гемоглобин, ДНК-полимераза, и ионные каналы.

Ферменты состоящий из субъединиц с различными функциями, иногда называют холоэнзимы, в котором некоторые части могут быть известны как регуляторные субъединицы, а функциональное ядро ​​известно как каталитическая субъединица. Другие сборки, называемые вместо этого мультипротеиновые комплексы также обладают четвертичным строением. Примеры включают нуклеосомы и микротрубочки. Изменения в четвертичной структуре могут происходить через конформационные изменения внутри отдельных субъединиц или путем переориентации субъединиц друг относительно друга. Именно благодаря таким изменениям, которые лежат в основе сотрудничество и аллостерия в «мультимерных» ферментах многие белки регулируются и выполняют свои физиологические функции.

Приведенное выше определение следует классическому подходу к биохимии, установленному в те времена, когда трудно было уточнить различие между белком и функциональной белковой единицей. В последнее время люди обращаются к белок-белковое взаимодействие при обсуждении четвертичной структуры белков и рассматривать все сборки белков как белковые комплексы.

Третичная структура взаимодействия

Ниже приведены основные взаимодействия, которые составляют третичные структуры белков. Они управляют изгибом и скручиванием, которые помогают белковой молекуле достичь стабильного состояния. Мы можем наблюдать взаимодействия, которые являются ковалентными, где пары электронов распределяются между атомами, или нековалентными, когда пары электронов не распределяются между атомами. Напомним, что разрушение этих связей может привести к денатурации белка.

Гидрофобные взаимодействия

Эти нековалентные связи являются наиболее важным фактором и движущей силой в формировании третичной структуры.

Если мы разместим гидрофобный (ненавидящие воду) молекулы в воде, эти молекулы будут собираться вместе и образовывать большие куски гидрофобных молекул. Поскольку некоторые R-группы гидрофильный (любящий воду) и другие являются гидрофобными, все аминокислоты, содержащие гидрофильные боковые цепи, такие как изолейцин, будут обнаружены на поверхности белка, в то время как аминокислоты, которые имеют гидрофобные боковые цепи, такие как аланин, будут объединяться вместе в центре белка. Следовательно, белок, который образуется в воде, как и большинство из них, будет иметь гидрофобное ядро ​​и гидрофильную поверхность

Это очень важно при определении того, как будет выглядеть третичная структура

Дисульфидные Мосты

Это очень сильные ковалентные связи, обнаруженные между остатками цистеина, которые находятся в непосредственной близости в космосе. Связи образуются между серными группами на различных остатках цистеина, как показано ниже.

Ионные облигации

Некоторые аминокислоты содержат боковые цепи, которые несут положительные или отрицательные заряды. Если аминокислота с положительным зарядом достаточно близка к аминокислоте, которая несет отрицательный заряд, они могут образовать связь, которая помогает стабилизировать молекулу белка.

Водородные связи

Мы можем наблюдать эти связи между молекулами воды в решение и гидрофильные аминокислотные боковые цепи на поверхности молекулы. Водородные связи также возникают между полярными боковыми цепями и помогают стабилизировать третичную структуру.

Структурные классификации белков

Белковые структуры можно сгруппировать на основе их структурного сходства, топологического класса или общего эволюционного происхождения. База данных структурной классификации белков и база данных CATH предоставляют две различные структурные классификации белков. Когда структурное сходство велико, два белка, возможно, отошли от общего предка, и общая структура белков считается доказательством гомологии . Сходство структуры затем можно использовать для группировки белков в суперсемейства белков . Если общая структура значительна, но общая фракция мала, общий фрагмент может быть следствием более драматического эволюционного события, такого как горизонтальный перенос генов , и объединение белков, разделяющих эти фрагменты, в суперсемейства белков больше не оправдано. Топология белка также может использоваться для классификации белков. Теория узлов и топология цепей — это две топологические структуры, разработанные для классификации белковых складок на основе пересечения цепей и внутрицепочечных контактов соответственно.

Описание и примеры

Многие белки на самом деле представляют собой сборки нескольких полипептидных цепей. Четвертичная структура относится к количеству и расположению белковых субъединиц относительно друг друга. Примеры белков с четвертичной структурой включают гемоглобин , ДНК-полимеразу и ионные каналы .

Ферменты, состоящие из субъединиц с различными функциями, иногда называют холоферментами , в которых некоторые части могут быть известны как регуляторные субъединицы, а функциональное ядро ​​известно как каталитическая субъединица. Другие сборки, называемые вместо этого мультибелковыми комплексами, также обладают четвертичной структурой. Примеры включают нуклеосомы и микротрубочки . Изменения в четвертичной структуре могут происходить через конформационные изменения внутри отдельных субъединиц или за счет переориентации субъединиц относительно друг друга. Именно благодаря таким изменениям, которые лежат в основе кооперативности и аллостеризации «мультимерных» ферментов, многие белки регулируются и выполняют свои физиологические функции.

Вышеприведенное определение следует классическому подходу к биохимии, установленному в те времена, когда было трудно объяснить различие между белком и функциональной белковой единицей. В последнее время люди обращаются к взаимодействию белок-белок при обсуждении четвертичной структуры белков и рассматривают все сборки белков как белковые комплексы .

Прогноз [ править ]

Некоторые биоинформатические методы были разработаны для прогнозирования четвертичных структурных атрибутов белков на основе информации об их последовательностях с использованием различных режимов псевдоаминокислотного состава .

Прямое измерение массы целых комплексов править

• седиментационно-равновесное аналитическое ультрацентрифугирование
• электрораспылительная масс-спектрометрия
• Масс-спектрометрический иммуноанализ MSIA

Прямое измерение размеров неповрежденных комплексов править

• статическое рассеяние света
• эксклюзионная хроматография (требуется калибровка)
• Двойная поляризационная интерферометрия

Косвенное измерение размеров целых комплексов править

• Аналитическое ультрацентрифугирование скорости седиментации (измеряет постоянную поступательной диффузии )
• динамическое рассеяние света (измеряет постоянную поступательной диффузии )
• Ядерный магнитный резонанс белка с импульсным градиентом (измеряет константу поступательной диффузии )
• поляризация флуоресценции (измеряет константу вращательной диффузии )
• диэлектрическая релаксация (измеряет постоянную вращательной диффузии )
• Двойная поляризационная интерферометрия (измеряет размер и плотность комплекса)

Методы, которые измеряют массу или объем в условиях разворачивания (такие как
масс-спектрометрия MALDI-TOF и SDS-PAGE ), обычно бесполезны, поскольку ненативные условия обычно вызывают диссоциацию комплекса на мономеры. Однако иногда они могут быть применимы; например, экспериментатор может применить SDS-PAGE после первой обработки интактного комплекса химическими сшивающими реагентами.

Четвертичная структура — белок

Четвертичная структура белка формируется как ансамбль двух или более полипептидных цепей, каждая из которых имеет свою первичную, вторичную и третичную структуры и называется субъединицей. Субъединицы могут быть либо одинаковыми по составу и строению, либо различными. Несколько таких субъединиц могут объединяться с образованием в результате совместной упаковки четвертичной структуры.
 

Четвертичная структура белка не менее важна, поскольку некоторые белки выполняют свои биологические функции, находясь не в виде одинарной полипептидной цепи, а в виде конгломерата ( ансамбля) двух или более цепей.
 

Четвертичная структура белков имеет, по-видимому, непосредственное отношение к существованию изоферменпгов. Изоферментами называются ферменты, встречающиеся у одного и того же биологического вида в разных структурных формах. Особенно хорошо изучен в этом отношении благодаря исследованиям Каплана, Маркерта и их сотрудников фермент лактатдегидро-геназа; этот фермент был выделен из организма цыпленка в двух главных формах, из которых одна характерна для скелетных мышц, а другая — для сердечной мышцы. Эти две формы заметно отличаются одна от другой как по аминокислотному составу, так и по некоторым физическим, иммунологическим и каталитическим свойствам. Общее число различных форм лактатдегидрогеназы, обнаруженных у цыплят, а также выделенных из других источников, равно пяти. Три из них занимают по своим свойствам промежуточное положение между формой, характерной для скелетных мышц, и формой, характерной для сердечной мышцы.
 

Четвертичная структура белка формируется за счет объединения нескольких третичных. Они подобно белкам характеризуются большой относительной молекулярной массой. При гидролизе НК образуются пуриновые и шфимидиновые основания, углеводный компонент и фосфорная кислота. Углеводный компонент в РНК представлен рибозой, а в ДНК — дезоксирибозой. Аденин, гуанин и цитозин являются общими как для РНК, так и для ДНК. Четвертым основанием в РНК является урацил, а в ДНК — тимин.
 

Четвертичная структура белков варьируется очень широко. На некоторых электронных микрофотографиях ясно видны агрегаты белковых молекул, однако их тонкую структуру установить не удается.
 

Специфичность четвертичной структуры белков проявляется в определенной конформационной автономии полипептидных фрагментов, входящих в состав макромолекулы белка.
 

Выяснение четвертичной структуры определенйого белка яв — ЛЯется не такой простой задачей, как может показаться. Обычно используемые методы не всегда дают однозначные ответы.
 

Под четвертичной структурой белка по-нимают пространственное расположение самих глобул.
 

По-видимому, четвертичная структура белков играет большую биологическую роль, хотя точное ее значение и не вполне ясно. Укажем здесь, что белок крови — гемоглобин — представляет собой тетрамер, состоящий из двух не вполне идентичных пар молекул типа миоглобина. При кислых рН накопление положительных зарядов преодолевает силы сцепления между субмолекулами и гемоглобин распадается сначала на две, а потом и на все четыре субъединицы. Это превращение также полностью обратимо.
 

Для исследования четвертичной структуры белков широко используется химическая модификация, в частности, бифункциональными реагентами ( см. с. С помощью такого подхода была изучена пространственная структуре ДНК-зависимой РНК-полиме-разы E.
 

Положение о четвертичной структуре высокомолекулярных белков было подкреплено исследованиями вирусных белков, расположение субъединиц которых оказалось упорядоченным в еще большей степени. В вирусе табачной мозаики 2000 совершенно идентичных субъединиц, по размерам приблизительно равных молекуле миоглобина, расположены по спирали, обвивающей стержневую молекулу нуклеиновой кислоты. Полиэдральные формы вирусов обязаны своими правильными очертаниями упорядоченному поверхностному расположению белковых субъединиц.
 

Что подразумевают под четвертичной структурой белка.
 

Одно время рассматривались и четвертичные структуры белков, но сейчас приняты лишь первичная, вторичная и третичная структуры.
 

Вклад гидрофобных взаимодействий в стабилизацию третичной и четвертичной структуры белков весьма значителен: в случае третичной структуры на их долю приходится, вероятно, более половины стабилизирующей силы. Гидрофобные реакции, по-видимому, играют также доминирующую роль в агрегации субъединиц многомерных ферментов, по крайней мере некоторых из них.
 

викторина

1. Что из следующего не относится к третичной структуре?A. Это функциональноB. Содержит три полипептидные цепиC. Это вовлекает ионные связиD. Это включает в себя гидрофобные взаимодействия

Ответ на вопрос № 1

В верно. Третичная структура содержит только одну полипептидную цепь, которая была свернута и скручена сама по себе.

2. Что из следующего относится к последовательности аминокислот?A. Первичная структураB. Вторичная структураC. энзимD. Четвертичная структура

Ответ на вопрос № 2

верно. Первичная структура белка представляет собой простую последовательность аминокислот, скрепленных пептидными связями.

3. Что диктует расположение третичной структуры?A. Температура, в которой находится белокB. Вторичная структура белкаC. Количество аминокислот, из которых состоит белокD. Последовательность первичной структуры

Ответ на вопрос № 3

D верно. Первичная структура имеет всю информацию, необходимую для формирования вторичных и третичных структур. Следовательно, когда белки становятся денатурированными, они могут снова и снова возвращаться к своим одинаковым третичным структурам, если это позволяют условия.

Составляющие белков

Аминокислоты растворимы в воде, находятся в порошкообразном состоянии, имеют в своем строении аминогруппу, карбоксильную группу и радикал. Радикал может быть представлен ароматическим кольцом, цепочкой. В его состав могут входить соединения, содержащие серу. Мономеры белков могут быть кислыми или основными, в зависимости от количества групп NH₂и COOH.Вступая в реакции друг с другом, аминокислоты образуют дипептиды, трипептиды и полипептиды.Перед тем, как перейти к детальному рассмотрению строения молекул белков, изучим все связи, существующие в белках разных типов:

• Пептидные — основные связи в белках, ковалентные, прочные;
• Ионные — образуются посредством анионов COO- и катионов NH₃+;
• Водородные — слабые, но когда их возникает много, то цепочки становятся прочнее;
• Связи вида S-S — образуются посредством дисульфидных мостиков.

Эти связи являются основными в белковых молекулах.
Рис. 2. Альфа-спираль

Определение третичной структуры

Третичная структура – это структура, при которой полипептидные цепи становятся функциональными. На этом уровне каждый белок имеет определенную трехмерную форму и представляет функциональные группы на своей внешней поверхности, позволяя ему взаимодействовать с другими молекулами и придавая ему уникальную функцию. Договоренность сделана с помощью шаперонов, которые перемещают цепочку белка, сближая различные группы в цепочке, чтобы помочь им сформировать связи. Эти аминокислоты взаимодействующие обычно находятся далеко друг от друга в цепочке.

Первичная структура белка, представляющая собой простую цепочку аминокислот, удерживаемую вместе пептидными связями, определяет структуры высшего или вторичного или третичного порядка, определяя складывание цепи. Каждая аминокислота имеет уникальную боковую цепь или R-группу, что придает аминокислотам их отличные свойства.

Когда белок, такой как фермент, теряет свою третичную структуру, он больше не может выполнять свою работу, потому что он стал денатурированным и потерял свою биологическую функцию. Это обычно происходит при температурах, которые слишком высоки для белка молекула, Однако, как только температура возвращается к нормальной, третичная структура может быть достигнута снова

Это говорит о том, что именно первичная структура является наиболее важной для определения более сложного складывания

Примеры и номенклатура

Примеры белков с четвертичной структурой включают гемоглобин, ДНК-полимеразы, ионные каналы. Номенклатура белков с четвертичной структурой также особая. Числа субъединиц в олигомерные комплексе описываются с помощью имен, которые заканчиваются на-мэр (по-гречески «части, подразделения»). Хотя комплексы выше, чем октамер редко наблюдаются для большинства белков, существует несколько исключений: вирусный капсид; протеосомы (четыре гептамерни кольца = 28 субъединиц), транскрипционный комплекс и сплайсосома. Рибосомы — самые молекулярные машины, состоящие из множества РНК и белковых молекул.У некоторых случаях белки образуют комплексы, которые затем собираются в еще большие комплексы. Четвертичная структура белков имеет отношение к существованию изоферментов. Особенно хорошо изучен в этом отношении благодаря исследованиям Каплана, Маркерта и их сотрудников фермент лактатдегидрогеназы; этот фермент был выделен из организма цыпленка в двух основных формах, из которых одна характерная для скелетных мышц, а другая — для сердечной мышцы. Эти две формы заметно отличаются друг от друга как по аминокислотному составу, так и по некоторым физическими, иммунологическими и каталитическими свойствами.

Четвертичная структура белков варьируется очень широко. На некоторых электронных микрофотографиях ясно видно агрегаты белковых молекул, однако их тонкую структуру установить не удается.