8. Зависимост на биологичните свойства на белтъците от първичната структура. Видова специфика на първичната структура на протеините (инсулини на различни животни).
Анализът на данните за първичната структура на протеините ни позволява да направим следните общи изводи.
1. Първичната структура на протеинитее уникалнаие генетично определена. Всеки отделен хомогенен протеин се характеризира с уникална последователност от аминокиселини: честотата на заместване на аминокиселини води не само до структурни пренареждания, но и до промени във физикохимичните свойства и биологичните функции.
2. Стабилността на първичната структура се осигурява главно отосновно-валентни пептиднивръзки; могат да участват малък брой дисулфидни връзки.
3.различни комбинации от аминокиселинимогат да бъдат намерени в полипептидната верига; повтарящите се последователности са относително редки в полипептидите.
4. В някои ензими с подобни каталитични свойства имаидентични пептидни структури, съдържащи непроменени (инвариантни) участъци и променливи аминокиселинни последователности, особено в участъците на техните активни центрове. Този принцип на структурно сходство е най-типичен за редица протеолитични ензими: трипсин, химотрипсин и др.
5. В първичната структура наполипептидната верига се определятвторични, третични и кватернерни структури на белтъчната молекула, които определят нейната обща пространствена конформация.
Първичната структурана инсулина в различните биологични видове варира до известна степен, както и значението му в регулирането на въглехидратния метаболизъм. Най-близък до човешкия е свинският инсулин, който се различава от него само с един аминокиселинен остатък: аланинът се намира в 30 позиция на B-веригата на свинския инсулин, а треонинът се намира в човешкия инсулин; Говеждият инсулин се отличава с три аминокиселинни остатъка.
9. Конформация на пептидните вериги в белтъците (вторични и третични структури). Слаби вътрешномолекулни взаимодействия в пептидната верига; дисулфидни връзки.
Вторичната структурае локално подреждане на фрагмент от полипептидна верига, стабилизирана от водородни връзки. Следните са най-често срещаните видове протеинова вторична структура:
α-спиралите са тесни завъртания около дългата ос на молекулата, един завой е 3,6 аминокиселинни остатъка, а стъпката на спиралата е 0,54 nm (така че има 0,15 nm на аминокиселинен остатък), спиралата е стабилизирана от водородни връзки между Н и О пептидни групи, разположени на 4 връзки една от друга. Спиралата е изградена изключително от един вид стереоизомери на аминокиселини (L). Въпреки че може да бъде или лява, или дясна ръка, дясната ръка преобладава в протеините. Спиралата се прекъсва от електростатични взаимодействия на глутаминова киселина, лизин, аргинин. Остатъците от аспарагин, серин, треонин и левцин, разположени близо един до друг, могат пространствено да пречат на образуването на спирала, остатъците от пролин причиняват огъване на веригата и също така разрушават α-спиралите.
β-листове (нагънати слоеве) са няколко зигзагообразни полипептидни вериги, в които се образуват водородни връзки между аминокиселини или различни протеинови вериги, които са относително отдалечени една от друга (0,347 nm на аминокиселинен остатък) в първичната структура, а не са близко разположени, какъвто е случаят в α-спиралата. Тези вериги обикновено са насочени с техните N-терминали в противоположни посоки (антипаралелна ориентация). За образуването на β-листа са важни малките размери на страничните групи аминокиселини, обикновено преобладава глициниаланинът.
Стабилността на вторичната структура се осигурява главно отводородни връзки(известен принос има и отосновните валентни връзки са пептидни и дисулфидни връзки). Водородната връзка е слабо електростатично привличане (взаимодействие, връзка) между един електроотрицателен атом (например кислород или азот) и водороден атом, ковалентно свързан с втори електроотрицателен атом. Според съвременните концепции, водородната връзка включва не само електростатичните сили на привличане между полярните групи. но също и електронни връзки от същия тип като в редица комплексни съединения. Водородните връзки, тъй като са нековалентни, се характеризират с ниска якост. Тъй като броят на водородните връзки в протеиновата молекула е много голям (всички пептидни групи участват в образуването на водородни връзки), те заедно осигуряват усукването на полипептидната верига в спирална структура, придавайки й компактност и стабилност.
Третичната или триизмерната структурае пространствената структура на полипептидната верига (набор от пространствени координати на атомите, които изграждат протеина). Структурно се състои от вторични структурни елементи, стабилизирани чрез различни видове взаимодействия, в които хидрофобните взаимодействия играят важна роля. В стабилизирането на третичната структура участват:
дисулфидната връзкае ковалентна връзка между два серни атома, които са част от съдържащата сяра аминокиселина цистеин. Аминокиселините, които образуват дисулфидна връзка, могат да бъдат разположени както в една, така и в различни полипептидни вериги на протеина. Дисулфидните връзки се образуват по време на посттранслационната модификация на протеините и служат за поддържане на третичната и кватернерната структура на протеина;
йонни връзки между противоположно заредени странични групи от аминокиселинни остатъци;
хидрофилно-хидрофобни взаимодействия. При взаимодействие с околните водни молекулипротеиновата молекула "се стреми" да се сгъне, така че неполярните странични групи от аминокиселини да бъдат изолирани от водния разтвор; на повърхността на молекулата се появяват полярни хидрофилни странични групи.
10. Основи на функционирането на протеините. Активният център на протеините и неговото специфично взаимодействие с лиганда като основа на биологичната функция на всички протеини. Комплементарно взаимодействие на протеинови молекули с лиганд. Обратимост на свързване.
Всеки отделен протеин, притежаващ уникална първична структура и конформация, има и уникална функция, която го отличава от другите протеини. Набор от отделни протеини изпълнява много различни и сложни функции в клетката. Необходимо условие за функционирането на протеините е добавянето на друго вещество към него, което се нарича"лиганд". Лигандите могат да бъдат както нискомолекулни вещества, така и макромолекули. Взаимодействието на протеин с лиганд е силно специфично и обратимо, което се определя от структурата на протеинова област, наречена място на свързване протеин-лиганд или активно място.
Активният център на протеините- определена област на протеинова молекула, обикновено разположена в нейната вдлъбнатина („джоб“), образувана от аминокиселинни радикали, сглобени в определена пространствена област по време на образуването на третична структура и способни на комплементарно свързване с лиганд. В линейната последователност на полипептидната верига радикалите, които образуват активния център, могат да бъдат разположени на значително разстояние един от друг. Уникалните свойства на активния център зависят не само от химичните свойства на аминокиселините, които го образуват, но и от тяхната точна взаимна ориентация в пространството. Следователно дори незначителни нарушения на общата конформация на протеина в резултат наточковите промени в неговата първична структура или условията на околната среда могат да доведат до промяна в химичните и функционални свойства на радикалите, които образуват активния център, да нарушат свързването на протеина с лиганда и неговата функция. По време на денатурацията активният център на протеините се разрушава и тяхната биологична активност се губи.
Подкомплементарностразбирайте пространственото и химическо съответствие на взаимодействащите молекули. Лигандът трябва да може да навлиза и пространствено да съвпада с конформацията на активния център. Това съвпадение може да не е пълно, но поради конформационната лабилност на протеина, активният център е способен на малки промени и е "приспособен" към лиганда. В допълнение, между функционалните групи на лиганда и аминокиселинните радикали, които образуват активния център, трябва да има връзки, които държат лиганда в активния център. Връзките между лиганда и активния център на протеина могат да бъдат или нековалентни (йонни, водородни, хидрофобни) или ковалентни.