Особенности строения полипептидной цепи

а)атомы C и N в хребте полипептидной цепи располагаются примерно в одной плоскости, в то время как атомы Н и радикалы CHR-группировок направлены к этой плоскости под углом 109.При этом в соседних аминокислотных остатках расположение атомов Н и R противоположно.

б)расстояние между С и N в полипептидной связи 1.32 А,т.е.меньше 1.47 А чем между N и а-С.Вместе с тем это расстояние больше(1.25 А)между атомами С и N,соединенных двойной связью.Таким образом такая связь более прочна чем двойная и более реакционноспособная чем простая-это увеличивает потенциальные возможности белка.

в)главная,монотонно построенная цепь,окружена разнообразными по химической природе боковыми цепями.

В настоящее время выяснена структура для нескольких десятков белков.рибонуклеаза,лизоцим,гемоглобин,Jg,миоглобин.синтезированы 1951-53 гг.Сенжер(нобелевская премия) инсулин - 51 аминокислота,вазопрессин(8),окситоцин(9), и т.д. рик-аза(128) Анализ чередования аминокислот,т.е. первичной структуры,привел к открытию ряда закономерностей:

1.Все изученные белки имеют нерегулярную последовательность аминокислотных остатков. АБСДАБСД и т.д.

2.Практически нет белков,в которых встречаются подряд более четырех одинаковых остатков аминокислот.

3.Белки,входящие в различные организмы,но выполняющие сходные функции,имеют небольшие различия в последовательности аминокислот(иногда больше 50% чередование совпадает).

4.В различных белках,а часто и в одном и том же белке встречаются идентичные пептидные группировки(3-4-5)-принцип структурного подобия.Например:инсулин(51) рик-аза(128)

Первичная структура определена генетически,но точность воспроизведения не абсолютна.В ряде случаев замена даже одного аминокислотного остатка в полипептидной цепи приводит к резкому изменению свойств белка (это лежит в основе молекулярных болезней-изменение генетического кода в половых клетках (мутагены:излучение радиации (дос.1963 г), ультрафиолетовое, химические вещества (кофе)).Пример:Hb состоит из четырех полипептидных цепочек, (600 остатков аминокислот)чаще это 2-а или 2в-цепочки;замена в одной из в-цепочек в шестом положении ГЛУ на ВАЛ приводит к тому,что такие эритроциты в условиях низкого парционального давления кислорода принимают серповидную форму(в норме-плоский диск)-возникает серповидноклеточная анемия.

Но есть и взаимозаменяемые аминокислоты,сходные по структуре,а следовательно и физикохимическим свойствам ГЛИ-АЛА СЕР-АЛА,ЛЕЙ-ИЛЕЙ ГЛУ-АСП и т.д.

(Консервативная замена) При замене в полипептидной цепи таких аминокислот(точечная мутация например)функции белковой молекулы не изменяются или изменяются незначительно.Например,у человека обнаружено около 150 видов мутантных видов Hb (обнаружено случайно, при массовых обследованиях, электрофиретически).Аномальный Hb выражается у одного из десяти тысяч индивидуумов.

Снятие с рибосомы полипептидной цепочки-самопроизвольные процессы идут в сторону выравнивания факторов интенсивности во всех частях сфетами - второй признак термодинамики.

Как уже выяснено,одно из свойств полипептидной цепи-это то что она окружена разнообразными по химической природе боковыми цепями,которые функционально чрезвычайно многолики:это и жирные и ароматические(АЛА,ВАЛ,ФЕН,ЛЕЙ)углеводородные радикалы и гетероциклические радикалы(ГИС,ПРО,ТРИ).Многие несут свободные -NH2 и COOH группы (ЛИЗ, ГЛУ, АСП), гидроксильные, фенольные, тиольные и амидные функциональные группы (СЕР, ТИР, ЦИС, АСН) Все радикалы могут взаимодействовать между собой и молекулами окружающего растворителя (в клетках-Н2О), при этом возникает пространственная структура (трехмерная), которую называют конформацией.(любая замкнутая система стремится к такому изменению состояния,когда бы её внутренняя энергия оказалась наименьшей-второй признак термодинамики).

Посколько любая боковая молекула обладает своей собственной,характеризующийся только для неё последовательностью аминокислотных остатков,то и конформация белка определяется его аминокислотной последовательностью.В физиологических условиях(оптимум температуры,pH белок обладает только одной конформацией-нативной.Она является наиболее стабильной,т.е. обладает наибольшей свободной энергией и стабильность нативной конформации настолько превышает стабильность остальных,что белок легко выделить и сохранить в нативном состоянии(возможность биохимических исследований,б-лекарства,навных).Конформация обусловлена взаимодействием близко расположенных атомов-вторичная структура.

Удивительно,что все белки в том числе обладающие большей биологической активностью и токсическим действием(например дифт.токсин,ботулизм,столбняк)содержат один набор аминокислот(20),которые сами по себе ничего не определяют.Активность предопределяется нативной конформацией,обусловленной первичной структурой.

А.Полинг(США) методом R-структурного анализа докакзал,что большинство белков по вторичной структуре - а-спирали - это правозакрученная спираль,(наиболее выгодная в энергетическом отношении структура)определенный шаг спирали-5.4 А,3,6 остатка аминокислот.Спираль эту удерживают водородные связи,образующиеся между Н,связанным с атомом N одной пептидной связи и атомом О карбоксильной группы четвертого остатка.Связи слабые 3-7 ккал/моль,но их чрезвычайно много.

И L и D аминокислоты образуют и право и левозакрученную спираль,но смесь L,D -не образует наиболее стабильную правозакрученную.

Водородная связь-обусловлена электростатическим напряжением,возникающим из-за неравномерного распределения электронов между атомами,участвующими в образовании ковалентной связи.Например в пептидной связи N-H электроны немного смещены к азоту.В результате на атоме водорода образуется небольшой некомпенсированный положительный заряд,который притягивается к отрицательному заряду кислорода на группе C=O(Мецлер,т.1 с.76)

Гидрофобное взаимодействие-в водной среде непарные группы стремятся к ассоциации,это явление и называется гидрофобным взаимодействием.

Вандервальсовы или обусловленные электростатическим взаимодействием электронов одного атома и положительным ядром другого атома.

2 при более а-спирали могут закручиваться одна вокруг другой,как тяжи в канат-а-спирализированные соперепины(кератин вились,клоны механическую роль)

Второй вид вторичной структуры - в-структура(в основном присуща фибрилярным белкам-связки,сухожилия,волосы)

а) несколько полипептидных цепей,вытянуты

б) а-связи межцепочные

в) бедный аминокислотный состав(АЛА,ГЛИ,ПРО,ОПРО) которые образованы вытянутыми(фибрилярные-исключение) полипептидными цепями,стабилизация происходит за счет образования Н-связей,в образовании которых участвуют атомы пептидных связей прилегающих друг к цепей и атомов радикалов.

Степень спирализации белков различна, например у Hb и миоглобина одна спирализация,т.е. количества аминокислот участвующих в спирализации-75%

альбумин куриного яйца-45%,

пепсин-28%,

химотрипсиноген-11%.

Это зависит опять же от состава аминокислот,входящих в пептидную цепь. Выделяют аминокислоты,которые участвуют в создании стабильной а-спирали (АЛА, ЛЕЙ, ФЕН, ГИС, МЕТ, ВАЛ), но есть аминокислоты, которые не участвуют в спирализации (СЕР, ИЛЕЙ, АСП, ГЛУ, ЛИЗ, АРГ), а ПРО и ОПРО нарушают спирализацию.

В неспирализированных участках пептидные цепи наиболее гибкие,за счет этих изгибов возможно сближение и взаимодействие отдельных участков полипептидной цепи, атакуются F.

Конформация полипептидной цепочки,обусловлена взаимодействием удаленных атомных групп называется ТРЕТИЧНОЙ СТРУКТУРОЙ.

ИЛЕЙ-стерические препятствия образования Н-связей ПРО- а)не образуется Н-связи(аминокислота) б)атом азота входит в состав жесткого кольца и нет гибкого вращения вокруг N-C-связи. Данная структура в основном образуется при взаимодействии с молекулами растворителя. Благодаря б-структурному анализу,в 1957/60 гг.Кендрью и Сомр(Англия)расшифровали третичную структуру миоглобина кашалота(153 аминокислоты) и затем Hb,были установлены особенности третичной структуры миоглобина,касающиеся,по-видимому,всех белков.

1.укладка полипептидной цепочки очень плотна(в миоглобине всего четыре молекулы воды)

2.все гидрофильные группировки расположены на поверхности молекулы и гидратированы(полярные радикалы аминокислот: АРГ, ЛИЗ, ГИС, АСП, ГЛУ, ГЛИ, СЕР, ЦИС, ТРЕ, АСН, ГЛН Оси фактор устойчивый белок в растворе второй фракции заряд).

3.почти все гидрофобные радикал-группы находятся в глубине молекулы и защищены от соприкосновения с водой(гетероциклические радикалы,с длинной углеродной цепочкой).

4.в местах сгибов полипептидной цепочки находится ПРО и ОПРО в меньшей степени,и другие аминокислоты не участвующие в спирализации.

5.у белков,выполняющих одинаковую функцию и выделенных из различных видов млекопитающих,конформация сходная.

ТРЕТИЧНУЮ СТРУКТУРУ стабилизируют многие связи:

а)основная-гидрофобное взаимодействие неполярных группировок(3-4 ккал/моль),в основном определяет другие связи:полярные

б)дисульфидная связь,ковалентная между двумя ЦИС в белках,где много ЦИС,на очень важных участках.

в)электростатическое взаимодействие NH3 и ООС диссоциированных карбоновых и аминогрупп. г)водородные связи,вандервальсовы силы. д)эфирные...

Каждая полипептидная цепочка называется протомером, Термин ЧЕТВЕРТИЧНАЯ СТРУКТУРА характеризует способ обьединения отдельных протомеров с образованием единой функционирующей молекулы.

Белки состоящие более чем из одного протомера называются олигомерами,если же протомеров много-мультимерами(многие ферменты)

Основные типы связей-гидрофобные за счет немногих полярных группировок оставшихся на поверхности третичной структуры,S-S связи.СУБЪЕДИНИЦА-функциональное понятие,это фрагмент олигомера,сохраняющего активность одной молекулы.

Четверичная структура(АТФ-аза).АТФ--АДФ+Ф.