загрузка...
 
ВЫСШИЕ СТРУКТУРЫ ГЛОБУЛЯРНЫХ БЕЛКОВ
Повернутись до змісту

ВЫСШИЕ СТРУКТУРЫ ГЛОБУЛЯРНЫХ БЕЛКОВ

К глобулярным относится большинство белков. Только в первом приближении их можно называть шарообразными. На самом деле поверхность белковых молекул не бывает ровной и гладкой. Обычным является наличие более или менее обширных выступов, значительно видоизменяющих равномерную округлость молекулы. Часто наблюдаются также различные углубления, впадины («щели», «ниши», «карманы»), что ограничивает доступ внешних объектов к этим зонам и имеет, как правило, важное функциональное значение. Тем не менее, общие контуры молекулы таковы, что ее размеры в разных направлениях различаются не очень сильно, — обычно не более чем в несколько раз. Это возможно лишь при наличии многочисленных изгибов полипептидной цепи, ход которой в пространстве выглядит поэтому сложным и запутанным; нередко встречаются Р-повороты (см. рис. 1-12).

При всей сложности пространственной организации глобулярного белка, его третичная структура не сводится только к варианту хаотичного клубка. Обычно «стержень» полипептидной цепи формирует короткие отрезки а-спирали (как правило, не более нескольких витков) и р-складчатые структуры примерно такой же протяженности. Концы этих жестких фрагментов (их «торцы») соединяются нерегулярными участками единой полипептидной цепи. Благодаря своим изгибам и поворотам вспять, эти нерегулярные участки обеспечивают плотную укладку спирализованных и складчатых фрагментов в округлую форму глобулярного белка.

ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ МИОГЛОБИНА

Расшифровка трехмерной конфигурации белковых молекул стала возможной благодаря разработке метода рентгеноструктурного анализа кристаллов белка. Первым белком, третичная структура которого была выяснена, оказался миоглобин (рис. 1-20). Он состоит из

Рис. 1-20. Схема третичной структуры миоглобина.

одной полипептидной цепи, уложенной настолько компактно, что внутри образовавшейся глобулы почти нет «пустот». Почти 80% аминокислотных остатков (118 из 153) участвуют в формировании 8 а-спирализованных участков протяженностью от 7 до 24 звеньев каждый. Остальные 35 аминокислотных остатков образуют короткие отрезки нерегулярной структуры между концами последовательных спиралей. Спирализованные фрагменты уложены под разными углами друг к другу в трехмерном пространстве, так что в целом размеры молекулы составляют 4,5x3,5x2,5 нм (если бы вся цепь была вытянута в виде а-спирали, то ее длина составила бы 23 нм).

Важно отметить, что на поверхность глобулы миоглобина выступают в основном полярные радикалы аминокислот, обеспечивая гидрофильные свойства всей молекулы в целом. Глубинные же участки заполнены почти исключительно неполярными радикалами лейцина, валина, метионина, фенилаланина и не содержат заряженных группировок, а также аспарагина и глутамина. Такое сочетание гидрофильной «внешности» макромолекулы с гидрофобной сущностью спрятанных в глубине структур очень типично для глобулярных белков. В этом — еще одно проявление упоминавшейся выше даойственности, столь характерной для молекул живых систем. В обычных условиях глобулярные белки очень хорошо растворимы в воде и ведут себя как вполне гидрофильные частицы. Однако определенные воздействия способны нарушать их третичную структуру, и тогда неполярные радикалы могут выступить на поверхность, резко изменяя свойства белка, в том числе — его растворимость.

Удаленные от окружающей воды неполярные радикалы аминокислот не только участвуют в фиксации индивидуальных черт третичной структуры. Нередко они важны и для функционирования белка. Это относится и к миоглобину, главным предназначением которого является обратимое связывание О2 с целью его накопления в клетках (наиболее богаты этим белком мышцы китов, тюленей и других млекопитающих, способных долго находиться под водой). Происходит это связывание в строго определенном участке поверхности белка. Здесь имеется впадина (ниша), выстланная неполярными радикалами. В глубине этой гидрофобной ниши находится молекула небелковой природы — плоская полицикпическая структура гема, в центре которой расположен атом Ре2+. Четырьмя связями он соединен с азотом каждого из пиррольных колец гема (рис. 1-26), а пятой — с азотом гистидинового радикала полипептидной цепи. Таким образом, одна из 6 координационных сфер атома железа остается свободной, и обращена она ко входу в нишу. Именно в этом месте к Ре2+ обратимо присоединяется 02. Из-за тесноты ниши молекула кислорода может приблизиться к гему только одним своим концом и потому неспособна окислять ?е2+ до Ее3+. Воде, содействующей такому окислению, нет доступа в нишу из-за гидрофобности ее стенок. Отсюда — устойчивость восстановленного состояния железа миоглобина даже при высоком содержании кислорода в окружающей жидкости.



загрузка...