8. Залежність біологічних властивостей білків від первинної структури. Видова специфічність первинної структури білків (інсуліни різних тварин).
Аналіз даних про первинну структуру білків дозволяє зробити такі загальні висновки.
1. Первинна структура білківунікальнатадетермінована генетично. Кожен індивідуальний гомогенний білок характеризується унікальною послідовністю амінокислот: частота заміни амінокислот призводить не лише до структурних перебудов, а й до змін фізико-хімічних властивостей та біологічних функцій.
2. Стабільність первинної структури забезпечується в основномуголовновалентними пептиднимизв'язками; можлива участь невеликої кількості дисульфідних зв'язків.
3. У поліпептидному ланцюгу можуть бути виявленірізноманітні комбінації амінокислот; в поліпептидах відносно послідовності, що рідко повторюються.
4. У деяких ферментах, що мають близькі каталітичні властивості, зустрічаютьсяідентичні пептидні структури, що містять незмінні (інваріантні) ділянки і варіабельні послідовності амінокислот, особливо в областях їх активних центрів. Цей принцип структурної подоби найбільш типовий для низки протеолітичних ферментів: трипсину, хімотрипсину та ін.
5. У первинній структурі поліпептидного ланцюгадетермінованівторинна, третинна та четвертинна структури білкової молекули, що визначають її загальну просторову конформацію.
Первинна структураінсуліну в різних біологічних видів дещо відрізняється, як і його важливість у регуляції обміну вуглеводів. Найбільш близьким до людського є інсулін свині, який відрізняється з ним лише одним амінокислотним залишком: у 30 положенні B-ланцюга свинячого інсуліну розташований аланін, а в інсуліні людини -треонін; бичачий інсулін відрізняється трьома амінокислотними залишками.
9. Конформація пептидних ланцюгів у білках (вторинна та третинна структури). Слабкі внутрішньомолекулярні взаємодії в пептидному ланцюзі; дисульфідні зв'язки.
Вторинна структура— локальне впорядкування фрагмента поліпептидного ланцюга, стабілізоване водневими зв'язками. Нижче наведені найпоширеніші типи вторинної структури білків:
α-спіралі - щільні витки навколо довгої осі молекули, один виток становлять 3,6 амінокислотних залишків, і крок спіралі становить 0,54 нм (так що на один амінокислотний залишок припадає 0,15 нм), спіраль стабілізована водневими зв'язками між H і O пептидних груп, що віддаляються один від одного на 4 ланки. Спіраль побудована виключно з одного типу амінокислот стереоізомерів (L). Хоча вона може бути як лівозакрученою, так і правозакрученою, у білках переважає правозакручена. Спіраль порушують електростатичні взаємодії глутамінової кислоти, лізину, аргініну. Розташовані близько один до одного залишки аспарагіну, серину, треоніну ілейцину можуть стерично заважати утворенню спіралі, залишки проліну викликає вигин ланцюга і також порушує α-спіралі.
β-листи(складчасті шари) — кілька зигзагоподібних поліпептидних ланцюгів, в яких водневі зв'язки утворюються між відносно віддаленими один від одного (0,347 нм на амінокислотний залишок) у первинній структурі амінокислотами або різними ланцюгами білка, а не близько розташованими, як має місце в -Спіралі. Ці ланцюги зазвичай направлені N-кінцями у протилежні сторони (антипаралельна орієнтація). Для утворення β-листів важливі невеликі розміри бічних груп амінокислот, переважають зазвичай гліцініаланін.
Стабільність вторинної структури забезпечується в основномуводневими зв'язками(певний внесок роблять іголовновалентні зв'язки – пептидні та дисульфідні). Водневий зв'язок є слабким електростатичним тяжінням (взаємодія, зв'язок) між одним електронегативним атомом (наприклад, киснем або азотом) і водневим атомом, ковалентно пов'язаним з другим електронегативним атомом. За сучасними уявленнями, водневий зв'язок включає як електростатичні сили тяжіння між полярними групами. але й електронні зв'язки такого ж типу, як у низці комплексних з'єднань. Водневі зв'язки, будучи нековалентними, відрізняються малою міцністю. Оскільки в білковій молекулі число водневих зв'язків дуже велике (в освіту водневих зв'язків залучені всі пептидні групи), вони в сумі забезпечують скручування поліпептидного ланцюга в спіральну структуру, повідомляючи компактність і стабільність.
Третична або тривимірна структура- просторова будова поліпептидного ланцюга (набір просторових координат складових білок атомів). Структурно складається з елементів вторинної структури, стабілізованих різними типами взаємодій, у яких гидрофобные взаємодії грають найважливішу роль. У стабілізації третинної структури беруть участь:
диcульфідний зв'язок— ковалентний зв'язок між двома атомами сери, що входять до складу сірковмісної амінокислоти цистеїну. Утворюють дисульфідний зв'язок амінокислоти можуть бути як в одному, так і в різних поліпептидних ланцюгах білка. Дисульфідні зв'язки утворюються в процесі посттрансляційної модифікації білків і служать для підтримки третинної та четвертинної структур білка;
іонні зв'язки між протилежно зарядженими бічними групами амінокислотних залишків;
гідрофільно-гідрофобні взаємодії. При взаємодії з навколишніми молекулами водибілкова молекула «прагне» звернутися так, щоб неполярні бічні групи амінокислот виявилися ізольованими від водного розчину; на поверхні молекули виявляються полярні гідрофільні бічні групи.
10.Основи функціонування білків. Активний центр білків та її специфічне взаємодію Космосу з лігандом як основа біологічної функції всіх білків. Комплементарність взаємодії молекул білка із лігандом. Оборотність зв'язування.
Кожен індивідуальний білок, що має унікальну первинну структуру та конформацію, має і унікальну функцію, що відрізняє його від інших білків. Набір індивідуальних білків виконує у клітині безліч різноманітних та складних функцій. Необхідна умова для функціонування білків - приєднання до нього іншої речовини, яку називають"ліганд". Лігандами можуть бути як низькомолекулярні речовини, так та макромолекули. Взаємодія білка з лігандом є високоспецифічним і оборотним, що визначається будовою ділянки білка, що називається центром зв'язування білка з лігандом або активним центром.
Активний центр білків- певний ділянку білкової молекули, як правило, що знаходиться в її поглибленні ("кишені"), сформований радикалами амінокислот, зібраних на певному просторовому ділянці при формуванні третинної структури та здатний комплементарно зв'язуватися з лігандом. У лінійній послідовності поліпептидного ланцюга радикали, що формують активний центр, можуть бути на значній відстані один від одного. Унікальні властивості активного центру залежать не тільки від хімічних властивостей амінокислот, що його формують, але і від їх точної взаємної орієнтації в просторі. Тому навіть незначні порушення загальної конформації білка в результатіточкових змін його первинної структури або умов довкілля можуть призвести до зміни хімічних та функціональних властивостей радикалів, що формують активний центр, порушувати зв'язування білка з лігандом та його функцію. При денатурації активний центр білків руйнується, і відбувається втрата їхньої біологічної активності.
Підкомплементарністюрозуміють просторову та хімічну відповідність взаємодіючих молекул. Ліганд повинен мати здатність входити і просторово збігатися з конформацією активного центру. Цей збіг може бути неповним, але завдяки конформаційній лабільності білка активний центр здатний до невеликих змін і підганяється під ліганд. Крім того, між функціональними групами ліганду та радикалами амінокислот, що утворюють активний центр, повинні виникати зв'язки, що утримують ліганд в активному центрі. Зв'язки між лігандом та активним центром білка можуть бути як нековалентними (іонними, водневими, гідрофобними), так і ковалентними.