СТРОЕНИЕ БЕЛКА

Молекулярный вес белков часто составляет 30000—40000, нередко достигает многих сотен тыяч, а иногда и нескольких мил:ионов. Молекулы белка чаще всего построены из соединенных друг другом полипептидных цепей. Отсюда возникает вопрос, как соединены полипептидные цепи друг другом в белковых молекулах?

Для того чтобы разобраться этом вопросе, необходимо вспомнить, что в построении полипептиов, а отсюда и белков, участвуют Іекоторые аминокислоты, являющеся одновременно и оксикисло-ами (например, серии, тирозин); кроме того, участвуют в этом и ерусодержащие аминокислоты (цистеин, цистин). Можно представить себе, что отдельные ряды полипептидов соединяются друг с другом с помощью эфирных связей (в этом случае спиртовая группа оксиаминокислоты одного полипептида будет связываться со свободной карбоксильной группой другого полипептида). Далее, имеющиеся в полипептидах сульфгидрильные группы (—SН) остатков цистеина могут связывать между собою полипептиды путем образования дисульфидных групп (SН+SН=S—S + H2). Бесспорно доказано связывание между собою полипептидных рядов сульфгидрильными группами (дисуль-фидными мостиками). Ковалентные дисульфидные связи в белковых молекулах играют важную роль — они создают третичную структуру белковых молекул. Ниже приводятся схемы связывания полипептидных рядов через-дисульфидные мостики, а также с помощью водородных связей:

В течение последних лет достигнуты крупные успехи в изучении химической структуры белков. Как и во многих других областях знаний, большую роль здесь сыграло применение новых методов исследования. Разработаны методы постепенного (ступенчатого, или фракционированного) гидролиза белков с образованием различных по своей сложности полипептидов. Способом хроматографии и путем применения ионообменников добились разделения и выделения продуктов постепенного гидролиза белков. Достигнуто расчленение белковой молекулы на отдельные полипептиды — результат разрушения дисульфидных мостиков. Разработаны также методы определения концевых групп (аминокислотных остатков, находящихся с конца молекул) полипептидов различной степени сложности и т. д.

Один метод основан на следующем принципе. При обработке раствора белка (или полипептида) раствором 2,4-динитрофторбензола последний реагирует со свободными аминогруппами белка с образованием производных

2.4 – Динитрофторбензол 2,4 – Динитробензоламинокислота

 

Здесь в реакцию вступает своей аминогруппой остаток аминокислоты, находящийся с краю полипептидной цепи. Если с конца молекулы белка (или полипептида) будет находиться диаминомонокарбоновая кислота, например лизин, то к ней присоединятся две молекулы динитробензола. Связь аминогруппы аминокислоты с 2,4-динитробензолом оказывается более стабильной, чем обычная кислотоамидная (пептидная) связь. Поэтому при гидролизе, после разрушения пептидных связей, остается нерасщепленным производное — 2,4-динитробензол-аминокислота. Соединение это выделяется, и затем устанавливается химическая природа входящей в его состав аминокислоты. Для выяснения размещения аминокислот внутри полипептидной цепи последнюю путем постепенного гидролиза расщепляют с образованием низкомолекулярных полипептидов, их отделяют друг от друга и в каждом из них определяют с помощью 2,4-динитрофторбензола концевой аминокислотный остаток. Так шаг за шагом выясняют последовательность расположения аминокислотных остатков в полипептидных цепях белковых молекул. Существуют также методы, позволяющие определить аминокислотный остаток, находящийся с краю молекулы и имеющий свободную карбоксильную группу. К ним относится “гидразиновый метод”, основанный на том, что гидразин (Н2N—NН2) реагирует со всеми аминокислотами, связанными друг с другом пептидной связью. Концевая же аминокислота (со свободным карбоксилом), не прореагировавшая с гидразином, остается в свободном виде и ее идентифицируют.

Концевая аминокислота со свободной карбоксильной группой может быть также определена с помощью фермента карбоксипептидазы, отщепляющего от белка и полипептидов аминокислоты, имеющие свободные карбоксильные группы.

При изучении различных полипептидов и белков установлено, что последовательность размещения аминокислот в их молекулах неодинакова. Однако эта последовательность не носит случайного характера. Оказалось, что ряд специфических свойств белков, например способность некоторых белков (ферментов) ускорять течение химических реакций, способность связывать антигены (стр. 38), гормональная активность и др. зависят от размещения аминокислот в полипептидных цепях и от их пространственной структуры.

В ряде случаев специфическая активность тех или иных белков зависит от размещения аминокислот не на всем протяжении полипептидной цепи, а на определенном ее участке, который может неоднократно повторяться в белковой молекуле. В этих случаях говорят о “реактивном центре” белковой молекулы.

Применение новых методов исследования белков позволило установить количество полипептидных цепей и размещение аминокислот в ряде белковых молекул.

На рис. 2 приведена структура рибонуклеазы — белка, построенного из одной полипептидной цепи, состоящей из 126 остатков аминокислот, и последовательность размещения аминокислот в молекуле рибонуклеазы. Нуклеотидная цепь имеет несколько витков, так как в отдельных ее местах пары остатков цистеина (их четыре и они на рисунке подчеркнуты) соединены друг с другом дисульфидными связями. Структура рибонуклеазы представлена на рисунке в одной плоскости. В действительности ее пространственная конфигурация более сложна.

Можно привести также структуру инсулина, в молекуле которого имеются четыре полипептидные цепи (стр. 149).

Применение физических и физико-химических методов исследования (вязкости белковых растворов, рентгенографии и др.) позволили выявить, что белковые молекулы не состоят из вытянутых в линию полипептидных цепей. Установлено, что они обладают компактной трехмерной структурой, зависящей от спиральной конфигурации полипептидных цепей, появляю-

Рис. 2. Структура рибонуклеазы

дейся в результате их скручивания. Спиральные по-дипептидные цепи “плотно упакованы” в белковых молекулах, что и создает внутреннюю структуру этих молекул.

По общепринятому представлению Л. Поллинга а Р. Кори, в молекулах белков имеются многократно повторяющиеся структурные полипептидные единицы :о спиральной конфигурацией, получившие название х-спиралей (рис. 3). Схема свидетельствует, что отельные витки спирали полипептида соединены водо-зодными связями.

От конфигурации полипептидов и внутренней :труктуры белковой молекулы зависят многие свойства белков.

Различают белки глобулярные и фибриллярные Зелки, имеющие округлую, или эллипсоидную, формул, носят название глобулярных белков (лат. globulus— шарик). Глобулярные белки встречаются в филологических жидкостях (сыворотке крови, молоке, шщеварительных жидкостях) и в тканях организма , в растворимы в воде и в слабых солевых растворах.

Белки, имеющие форму тончайших нитей — во-гоконец, носят название фибриллярных белков (лат. fibrilla — волокно). Они встречаются в сухожилиях, коже, мышцах, волосах, рогах. В большинстве случаев они нерастворимы в воде. Следует указать, что между глобулярными и фибриллярными белками существуют белки промежуточных форм. Так, например, лобулы некоторых белков (например зеина) имеют продолговатую форму и тем самым близки к фибрилярным белкам. С другой стороны, некоторые типичные фибриллярные белки — миозин, актин, фиброин белка — при известных условиях могут находиться глобулярном состоянии. В природе нет резкой гра-:ицы между глобулярными и фибриллярными белыми.

Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.

Оставить комментарий