Конформация полипептидной цепи. Вторичная структура полипептидной цепи

Билет 1

Первичная структура белка

В настоящее время расшифрована первичная структура около 2500 белков, а в природе имеется 10¹² разнообразных белков.

Первичная структура – это последовательность (порядок) соединения аминокислотных остатков с помощью пептидной связи. В образовании первичной структуры участвуют -аминокислоты.

Пептидная связь образуется за счет карбоксильной группы одной аминокислоты и аминогруппы другой аминокислоты. -CO-NH

Пептидная связь образует остов полипептидной цепи, она является повторяющимся фрагментом.

Свойства первичной структуры белка:

1. Детерминированность – последовательность аминокислот в белке генетически закодирована. Информация о последовательности аминокислот содержится в ДНК.

2. Уникальность – для каждого белка в организме характерна определенная последовательность аминокислот. Аминокислоты, входящие в состав белков делят на 2 группы:

· Взаимозаменяемые – это АК, сходные по структуре и свойствам.

· Невзаимозаменяемые – отличающиеся по структуре и свойствам.

В белковой молекуле различают 2 вида замен аминокислот:

· Консервативная – замена одной аминокислоты на другую сходную по структуре. Такая замена не приводит к изменению свойств белка.

Примеры: Гли-Ала, Асп-Глу, Тир-Фен, Вал-Лей.

· Радикальная – замена одной аминокислоты на другую отличающуюся по структуре. Такая замена приводит к изменению свойств белка, что может привести к патологии.

Примеры: Глу-Вал, Сер-Цис, Про-Три, Фен-Асп, Иле-Мет.

3. Универсальность первичной структуры. Белки, выполняющие одинаковые функции в разных организмах имеют одинаковую или близкую первичную структуру.

В природных белках одна и та же аминокислота не встречается подряд больше 3 раз.

Радикальная замена Глу на Вал в шестом положении в молекуле гемоглобина приводит к развитию серповидно-клеточной анемии. При этой патологии эритроциты в условиях низкого парциального давления приобретают форму серпа. После отдачи кислорода такой гемоглобин превращается в плохо растворимую форму и начинает выпадать в осадок в виде веретенообразных кристаллоидов (тактоидов). Тактоиды деформируют клетку и эритроциты приобретают форму серпа. При этом происходит гемолиз эритроцитов. Болезни протекает остро и дети погибают. Эта патология называется серповидно-клеточной анемией.

Билет 2

Конформация полипептидной цепи. Вторичная структура полипептидной цепи

Конформация – это пространственное расположение в органической молекуле замещающих групп, способных свободно изменять свое положение в пространстве без разрыва связей, благодаря свободному вращению вокруг одинарных углеродных связей. Совокупность всех пространственных уровней укладки (вторичных, третичных, четвертичных структур).

2 вида вторичной структуры белка:

1. -спираль

2. -складчатость

Вторичную структуру стабилизируют водородные связи. Водородные связи возникают между карбонильной группой и иминогруппой. Водородные связи – слабые электростатические взаимодействия между одним электроотрицательным атомом (О, N и др.) и атомом H, ковалентно связанным с другим электроотрицательным атомом.

Характеристика -спирали:

1. -спираль стабилизируется водородными связями, которые возникают между каждой первой и четвертой аминокислотой. Шаг спирали включает 3,6 аминокислотных остатка.
2. Образование -спирали происходит по часовой стрелке (правый ход спирали), т.к. природные белки состоят из L-аминокислот. Для каждого белка характерна своя степень спирализации полипептидной цепи. Спирализованные участки чередуются с линейными. В молекуле гемоглобина и -цепи спирализованы на 75%, в лизоциме – 42%, пепсине – 30%. Степень спирализации зависит от первичной структуры белка.
3. -спираль образуется самопроизвольно и является наиболее устойчивой конформацией полипептидной цепи, отвечающей минимуму свободной энергии.
4. В образовании водородных связей участвуют все пептидные группы. Это обеспечивает максимальную стабильность -спирали.
5. Радикалы аминокислот находятся на наружной стороне альфа спиралей и направлены от пептидного остова в стороны. Они не участвуют в образовании водородных связей, характерных для вторичной структуры, но некоторые из них могут нарушать формирование альфа спиралей:
• Про, его атом азота входит в состав жесткого кольца, что исключает возможность вращения вокруг N-CH связей. Кроме того, у атома азота Про, образующего связь с другой аминокислотой нет водорода. В результате Про не способен организовать водородную связь и структура альфа спиралей нарушается. Обычно здесь возникает петля или изгиб.
• Участки, где последовательно расположены несколько одинаково заряженных радикалов, между которыми возникают электростатические силы отталкивания.
• Участки с близко расположенными длинными радикалами, механически нарушающими формирование альфа спиралей, например метионин, триптофан.

Характеристика - складчатости

1. Имеет слабоизогнутую конфигурацию полипептидной цепи.
2. Если связанные полипептидные цепи направлены противоположно, возникает антипараллельная -структура, если же N и С концы полипептидных цепей совпадают, возникает структура параллельного -складчатого слоя.
3. Для - складчатости характерны водородные связи в пределах одной полипептидной цепи или сложных полипептидных цепей.

В белках возможны переходы от -спирали к -складчатости и обратно вследствие перестройки водородных связей.

-складчатость имеет плоскую форму.

-спираль имеет стержневую форму.

Водородные связи – слабые связи, энергия связи 10 – 20 ккал/моль, но большое количество связей обеспечивает стабильность белковой молекулы.

Билет 3