Биологический каталог




Современная генетика. Том 2

Автор Ф.Айала, Дж.Кайгер

с молекулами воды) семь при физиологических значениях рН электрически нейтральны, три аминокислоты являются основными и, следовательно, склонны нести избыточный положительный заряд, а две другие -кислотными (склонны нести отрицательный заряд). В боковых цепях обеих кислотных аминокислот (аспарагиновой и глутаминовой) находится карбоксильная группа (—СООН). Две основные аминокислоты (лизин и аргинин) содержат в своих боковых цепях аминогруппу (—NH2). Эти карбоксильные и аминогруппы при физиологических значениях рН в значительной степени подвергаются ионизации. (—СООН)-группа теряет протон с образованием карбоксил-иона (—СОО~), а (—NH2)-rpynna связывает протон с образованием замещенного аммониевого катиона (—NH^").

Две аминокислоты-метионин (неполярная) и цистеин (полярная) содержат атом серы. Атом водорода — SH-группы цистеина легко удаляется, благодаря чему между двумя остатками цистеина может возникнуть дисульфидный (—S — S — ) мостик.

Три аминокислоты - фенилаланин (неполярная), а также тирозин и триптофан (полярные) - являются ароматическими, т.е. содержат в боковой цепи ароматические радикалы. (У триптофана полярность выражена настолько слабо, что его иногда относят к неполярным аминокислотам.)

Аминокислоты в белках связаны между собой прочными кова-лентными пептидными связями, возникающими в результате химического взаимодействия между карбоксильной группой одной аминокислоты и аминогруппой следующей аминокислоты (рис. 10.14). Образующийся в результате такого взаимодействия двух или нескольких аминокислот елигомер называется пептидом. Дипептид состоит из двух аминокислот, трипептид-из трех и т.д. Аминокислоты, входящие в состав пептида, часто называют аминокислотными остатками. Структурную основу любого пептида составляет зигзагообразный остов, образованный атомами углерода и азота (рис. 10.15). Направленные вовне по отношению к остову боковые R-группы любых соседних аминокислотных остатков

Глицин (Gly)

NH,

н—с—соон

н

Алании (Ala)

NH,

и—с--соон

СН3

Валин (Val)

н—с—СООН

Н^-СН3 СН3

Лейцин (Leu)

NH,

н-с-соон

сн2

НС-СНз СН3

Изолейцин (Ие)

NH,

н—С—СООН

н<р-сн3 сщ сн,

Фенилаланин (Phe)

h-c-cqoh

Пролин (Pro)

н^~с-<:оон

н2с^/Сн2 н,

Метионин (Met)

н—с—соон

сн2 сн,СНз

Серии (Ser)

NH,

н—с-соон

н2

ОН

Нейтральные — Полярные

Треонин Тирозин

(Тяг) (Туг)

NHj NH*

тШШШтм ЩШШшмШ

н-<^—соон н—с—СООН

hcj:—сн3 СН2

ОН б

ОН

Аспарагин (Ash) Глутамин (Gin) Цистеин

(Gys)

NH7 HBHH

н-ч^-соон

сн2 w7

hhj—com

СН, 1 1

н—с—соон

сн2

0^CXNH2 сн2

1 1

о

Кислотные

Основные

Аспараги новая кислота (ASD)

«Ял Н-С-СООЙ

о

сн2

Ч)Н

Глутаминовая кислота (Glu)соон

сн2 с^н2

о^он

Лизин (Lys)

н-о-соон

сн2

сн2 сн2

сн2

NH,

Аргинии (Arg)

н—С—соон

СН2

сн2

NH

Гистидин (His)

н—с—соон

СН,

Рис. 10.14. Образова- R Н R' И

ние пептидной связи + HQ_C_C_^ Но—c_ci_IiI_H +

между двумя амино- || I II I

кислотами. ОН ОН

R Н R' Н

II II

НО—С—С—N—С—С—N —Н + Н,0

ид»

Пептидная связь

ориентированы в противоположные стороны. На одном конце в молекуле пептида находится свободная аминогруппа (N-конец), а на другом конце-свободная карбоксильная группа (С-конец). Аминокислотные остатки, расположенные на N- и С-конце, называются соответственно N- и С-концевыми аминокислотами.

Полипептидами обычно называют пептиды, состоящие из множества [до тысячи и более] аминокислотных остатков. Последовательность аминокислот в полипептиде называется его первичной структурой. Полипептидные цепи самопроизвольно формируют определенную вторичную структуру, которая определяется природой боковых групп аминокислотных остатков. Один из важнейших типов вторичной структуры, который обнаруживается по крайней мере на отдельных участках цепи во многих полипептидах, известен под названием а-спирали. Полипептидный остов образует правостороннюю спираль, на каждый виток а-спирали приходится 3,6 аминокислотных остатка, боковые R-группы которых направлены наружу. Эта структура стабилизируется за счет внутримолекулярных водородных связей (рис. 10.16, Л). Другой тип вторичной структуры, также характерный для полипептидов, получил название складчатого $-слоя. Структуры этого типа формируются параллельными сегментами полипептидной цепи, сцепленными между собой

НзС^С1ГСНз

I I

н О сн2 н о сн, I и It I I н || I

N-конец Hi I >CV .N>. I /С*. ^C. \ ^Nv I ^.C^ C>. ^0 С-конец

x i >^ N С С N ( С

I I н || T I н ц

сн3 н о сн2 н о

сн,

S—сн3

Рис. 10.15. В состав изображенного пентапептида входят следующие пять аминокислот (слева направо): тирозин, аланин, аспарагиновая кислота, метионин и лейцин. Цветом выделен полипептидный остов, образуемый пептидными связями. Кислотные и основные группы изображены в ионизованной форме, в которой они действительно находятся при физиологических значениях рН.

ном случае образуются между параллельными близлежащими сегментами полипептидной цепи. В. Конфигурация случайного клубка. Изображен фрагмент полипептидной цепи, на котором отмечено положение некоторых аминокислотных остатков.

системой водородных связей. Боковые группы аминокислотных остатков располагаются над и под плоскостью образующегося таким образом складчатого слоя (рис. 10.16, Б). Модели этих структур были предложены Л. Полингом. Наличие в полипептидной цепи по соседству нескольких аминокислотных остатков с очень объемистыми боковыми группами (например, изолейцин) или одноименно заряженных остатков (например, глутаминовая и аспарагиновая кислоты) может в результате их взаимного отталкивания привести к тому, что данный участок структуры примет конфигурацию случайного клубка.

Таким образом, именно характер распределения различных боковых групп вдоль цепи обусловливает реализацию на том или ином ее участке вторичной структуры данного типа (а-спирали или (3-слоя) или же отсутствие какой бы то ни было упорядоченной структуры (случайный клубок). Структурные особенности остатков пролина способствуют возникновению изгибов в полипептидной цепи. Все эти и другие струкпредставленных структур. Железосодержащая группировка-гем-изображена в виде диска. (По Perutz M.F. 1964. Scientific American, November, p. 64.)

Миоглобин

Рис. 10.17. Пространственная структура р-цепи человеческого гемоглобина и эволюционно отдаленного родственного белка, отвечающего за запасание кислорода,-миоглобина. Обратите внимание на сходство

турные факторы определяют некоторую фиксированную трехмерную конфигурацию, которую называют третичной (или пространственной) структурой полипептида, отражающей по сути дела способ укладки данной полипептидной цепи в трехмерном пространстве (рис. 10.17).

Белок может состоять из одной или нескольких полипептидных цепей. Белки, состоящие из двух и более цепей (или субъединиц) и называемые олигомерными белками, характеризуются также определенной четвертичной структурой. Под этим термином подразумевают общую конфигурацию белка, возникающую при ассоциации всех входящих в его состав полипептидных цепей (рис. 10.18).

Конкретная конфигурация (вторичная, третичная и четвертичная структуры) любого белка полностью определяется первичной структурой входящих в его состав полипептидных цепей и зависит от химических свойств боковых групп аминокислотных остатков. Так, при укладке полипептидной цепи неполярные (гидрофобные) боковые группы склонны ориентироваться во внутреннюю область белка, в то время как полярные (гидрофильные) группы стремятся быть экспонированными на поверхности белковой глобулы. Пространственная структура белка стабилизируется за счет химических взаимодействий, в том числе гидрофобных контактов, водородных связей и дисульфидных мостиков (—S—S—). Последние, как правило, образуются, когда в процессе укладки цепи боковые группы остатков цистеина оказываются достаточно сближенными (рис. 10.19).

Образование характерной трехмерной конфигурации данного полипептида является спонтанным процессом. При разрушении стабилизирующих структуру водородных связей и дисульфидных мостиков проискислотная последовательность лизоцима— фермента,

содержащегося в курином яичном белке. Цветом выделены аминокислотные остатки, входящие в состав активного центра. Обратите внимание на расположение

дисульфидных связей. Б. Диаграмма, отражающая пространственное строение лизоцима. Показаны только а-атомы полипептидного остова фермента. (По Stryer L. 1975. Biochemistry, Freeman W. H., San Francisco.)

ходит денатурация белка. Однако при соответствующих химических условиях может иметь место также спонтанная ренатурация с восстановлением исходной пространственной конфигурации (рис. 10.20).

Функциональные особенности белков, например устройство активного центра фермента, задаются пространственной структурой молекулы, которая в свою очередь определяется первичной структурой полипептидной цепи. Одни генетические мутации могут блокировать синтез всеSH

SH

го полипептида или некоторой его части. Воздействие других мутаций на организм связано с аминокислотными заменами в полипептидной цепи, кодируемой данным мутантным геном (рис. 10.12). Аминокислотные замены могут, в частности, затрагивать и функционально важные аминокислотные остатки, а также вызывать заметные искажения пространственной структуры. В зависимости от того, насколько сильно эти искажения сказываются на структуре функционально важных участков, может наблюдаться снижение и даже полное исчезновение ферментативной или какой-либо иной функциональной активности белка. Мутации, чувствительные к температуре, могут быть связаны с аминокислотными заменами на участке, существенном для стабилизации вторичной и третичной структуры данного белка. Нормальная конфигурация, присущая при пермиссивной температуре мутантным полипептидам этого типа, при переходе в область рестриктивных температур может подвергнуться существенным искажениям.

Фу

страница 4
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75

Скачать книгу "Современная генетика. Том 2" (5.25Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(23.08.2019)