Биологический каталог




Биологическая химия

Автор Д.Г.Кнорре, С.Д.Мызина

данные о пространственной ctovktvuc белков. (Ьулкшюшшующпх в мембра-

нах, свидетельствуют, что гидрофобные фрагменты поли пептидных цепей пронизывают бислой-ные фосфолипидные мембраны, а гидрофильные находятся снаружи мембраны. В качество приме-ра на рис. 20 показана общая схема расположения в мембране белка родопсина* — зрительного пигмента, воспринимающего свет в сетчатке глаза. Как видно на примере одного из фрагментов, представленного в виде аминокислотной последовательности, более половины аминокислотных остатков погруженной в мембрану части полипептидной цепи представлены такими гидрофобными аминокислотами, как валпн, изолейцин, пролин, метионин, фенилаланин и тирозин. В то же время в составе примыкающего к нему участка, выступающего из мембраны, ни одного подобного остатка вообще не встречается.

Пространственная структура большинства функционально активных белков довольно компактна и в первом грубом приближении может быть представлена в виде шара или не слишком вытянутого эллипсоида. Такие белки называют глобулярными. Как правило, значительная часть полппентидной цепи таких белков формирует ?-спирали и /3-складки. Соотношение между ними может быть самым различным. Например, у .ииоглобииа — мышечного белка, способного аналогично гемоглобину связывать кислород, по состоящего из одной ноли пептидной цепи, несущей один остаток гема, имеется пять ?-сппральных сегментов и пет пи одной /?-складки (рис. 21). У иммуноглобулинов, наоборот, спиральные фрагменты отсутствуют и основными элементами вторичной структуры являются /?-складки (рис. 22). В пространственной структуре фосфоглпцораткппазы присутствуют приблизительно в равной мере оба типа периодических структур (см. рис. 19).

В некоторых случаях, как это,в частности, видно на той же схеме строения

Рис. 21. Схема пространственной структуры миог-лобина.

*Родопсин является комплексом белка опсина и ретиналя:

-оос

??* — фосфоглицераткиназы, отчетливо

просматриваются две связанных пептидными мостиками и четко разделенных в пространстве области, каждая со своей третичной структурой. Такие достаточно автономные части белковой молекулы получили название домепоо. В большом числе случаев разные активные центры белка разнесены по разным доменам. Например, в случае фосфоглицераткиназы на одном из доменов находится центр связывания АТФ, а на другом — центр связывания 3-фосфоглицера-та.

Пространственная структура глобулярного белка должна в конечном обеспечить формирование некоторого активного центра или нескольких таки центров, в каждом из которых участвует относительно небольшое числ

Рис. 22. Схема третичной структуры вариабельного домена тяжелой цепи иммуноглобулина G

ИТОГ

аминокислотных остатков.

Подавляющее большинство аминокислотных остатков имеет структурное значение, обеспечивая сближение радикалов, входящих в состав активного центра.

По-видимому, необходимая для этого пространственная структура может быть реализована большим числом способов. С этим связано то обстоятельство, что один и тот же в функциональном плане белок может быть представлен у разных видов живых-организмов полипептидами, существенно отличающимися по своей первичной структуре. Это уже было продемонстрировано в табл. 2.2 на примере ряда панкреатических рибонуклеаз млекопитающих. Рассмотрение таблицы показывает, что, несмотря на все многообразие аминокислотных последовательностей, в их составе имеется большое число универсальных аминокислот, например Thr-45, His-]2 и His-119. В § 6.1 при описании строения активного центра рибонуклеазы показано, что все эти три остатка непосредственно участвуют в специфическом взаимодейстьИи фермента с субстратом.

Белки, выполняющие структурные функции, в отличие от глобулярных белков часто имеют вытянутую нитевидную форму, их называют в этом случае фибрилляриыми белками. Такие белки имеют в первичной структуре повторяющиеся мотивы и формируют достаточно однотипную для всей поли-

1.5 им

— Gly

Рис. 23. Схема трехнитевой структуры фрагмента коллаге-нового волокна. Аминокислотная последовательность каждой цепи (- Pro - Gfy - ? - Pro - Oy -- X - Hyp - Gly - Pro - Hyp - Gly)„ (Hyp - остаток гидроксипро-лина, ? - остаток произвольной аминокислоты)

пептидной цепи вторичную структуру. Так, белок а-керашип, основной белковый компонент копыт, ногтей, волос, шерсти, рогов, панцирей черепах, построен из протяженных ?-спиралей. Фиброин шелка па большом протяжении представлен фрагментами Cly-Ala-Cly-Ser, образующими ^-складки. Встречаются у фибриллярных белков и другие, менее распространенные элементы вторичной структуры. Например, полипептидные цепи коллагена, в значительной мере построенные из чередующихся фрагментов строения Gly-X-Pro или Cly-X-llyp (Hyp — оксипро-лин), образуют левые спирали с параметрами, существенно отличающимися от параметров ?-спирали. В коллагеновых волокнах три спиральные полипептндные цепи скручены в единую правую суперспираль (рис. 23).

3.4. ПРОСТРАНСТВЕННАЯ СТРУКТУРА НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

При установлении истинной конформации нуклеиновых кислот возникает три вопроса. Первый — это копформаци.ч рибозофосфатпого остова, состоящего из периодически повторяющихся атомов Р, 05', С5', С4 ', СЗ', 03'. Она описывается шестью торсионными углами ?, ?, у, 6, с, у, характеризующими повороты вокруг шести повторяющихся связей ?—05 ', 05 —С5', С5 ' С4 ', С4 ' СЗ , СЗ — 03 и 03'—Р. Именно эти углы определяют общий ход полинуклеотидной цени.

Второй — коиформация фуранозиого цикла. Система из пяти атомов помимо трех поступательных и трех вращательных имеет еще девять степеней свободы. Поэтому построить циклическую структуру с заданными длинами связей и углами между связями, т.е. с десятью заданными геометрическими параметрами, в общем случае нельзя. Пятичлеппые циклы, в том числе фуранозпып, существуют в результате отклонений значений валентных углов от оптимальных, свойственных аналогичным линейным структурам. Вариации этих отклонении в определенных пределах допускают и вариации торсионных углов в цикле, в результате чего возможно существование нескольких конформации. Качественно их принято характеризовать расположением атомов цикла относительно некоторой плоскости, характеризующей общую ориентацию цикла. При этом можно представить себе 10 идеализированных конформации, при которых четыре атома из пяти находятся в одной плоскости, а пятый выступает из пес либо в ту же сторону, что и СН2-группа (эмдо-конформация),, либо в противоположную (.жзо-конформнция). Такие конформации, имеющие форму конверта (от англ. envelope), называют /?-??????-мациями. Все остальные мыслимые конформации таковы, что никакие1 четыре атома не находятся в одной плоскости. Их называют скрученными или твнет-конформациями (сокращенно 7-коиформация).

Любой переход между ?-копформациями можно представить себе как результат одного или нескольких перемещений, при каждом из которых пара соседних атомов постепенно изменяет свое положение относительно плоскости, образованной тремя остальными атомами фуранозиого цикла. Суть перемещения заключается в том, что атом, выступающий из плоскости в исходной А-копформацпи, перемещается в направлении этой плоскости, а соседний атом синхронно перемещается в том же направлении от плоскости. Это перемещение заканчивается образованием новой /^-конформации, причем в силу характера перемещения экзо-конформация переходит и зндо-, а знгЬ-коиформацня — в экзо. Такой переход получил название псевдоиращепи.ч.

a J

СЗ'-эндо

С2'-эндо

С2'-эжэо

С2'-э«эо СЗ'-эндо

СЗ'-эндо

некоторый угол Р, при изменении которого от О до 360° проходится весь набор конформации. При этом значение 0° приписывается конформации, в которой атомы СЗ' и С2' в равной степени выступают из плоскости, образованной атомами С1', С4' и 04', причем атом СЗ' в ту же сторону, что и 5 '-СНг-группа, а атом С2' — в противоположную. Такая конформация называется С2 '-экзо, СЗ -эпдо. Она является промежуточной между С2'-экзо, которой приписывают ? = 342°, и Си'-эпдо с ? ~ 18°. Дальнейшее увеличение угла ? соответствует взаимному перемещению атомов СЗ' и С4', прц чем через 36° достигав^ ся следующая ??-конфо.| мация, С4 '-экзо. После дующее увеличение ? связано со взаимным перемещением атомов^, С4' и 04' и т.д.

Рис. 24. Торсионные углы и конформации фуранозного цикла рибозы:

а - торсионные углы; б - Е-конформация (СЗ -эндо и С2 -эндо); в — переход конформации С2 -экзо в СЗ -эндо через промежуточную С2 -экзо, СЗ -эндо (Т) конформацию ?4 14 vj^ И Т.Д. J

составе нуклеиновых кислот чаще всего встречаются С2 '-эндо и СЗ '-эндо конформации, которым соответствуют значения угла псевдовращения 162 и 18°^ На рис. 24 приведены эти две конформации, а также переход конформации С2 экзо в СЗ '-эндо, через промежуточную Ql-экзо, СЗ '-эиТретий вопрос — взаимная ориентация фуранозного цикла и азотсодержащем гетероцикла, определяемая торсионным углом, описывающим поворот относительно гликозидиой связи. Этот угол, обозначаемый ?, определяется как угол для системы атомов 04 '— С1' — N1 — С2 (рис. 25) у пиримндиновых и 04' — С1 ' — N9 — С4 у пуриновых нуклеотидов. Для качественного рассмотрения можно в грубом приближении представить себе, что средняя плоскость фуранозного цикла и плоскость гетероцикла взаимно перпендикулярны. Торсионный угол ? определяет, какая часть гетероцикла оказывается над плоскостью фуранозного кольца, а какая повернута в сторону от кольца. Две стороны гетероциклов как у пуринов, так и у пиримидинов не эквивалентны. Наиболее близкими к плоскости, характе-^|

б

. Рис. 25. Конформации гетероцикла относительно фуранозного кольца рибозы:

а - анти- и б - син-конформации.

Атомы, определяющие взаимную ориентацию фуранозного цикла и азотсодержащего гетероцикла, выделены

ризующей расположение фуранозного цикла, в случае нпрмммднновых гетероциклов тимина, урацила и цитозипа являются группа С6 — 116 и сущеч'твеппо более объемная и к тому же полярная группа С2 — 02

страница 22
< 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 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109

Скачать книгу "Биологическая химия" (8.81Mb)


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

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(30.04.2017)