Згортання білків
Інформація щодо біологічно активної (нативної) конформації поліпептидного ланцюга закодована в амінокислотної послідовності. Вторинні, третинні і четвертинні структури багатьох білків утворюються в розчині мимовільно в межах декількох хвилин. Проте в клітці є спеціальні білки (шаперони, див. С. 230), функція яких забезпечувати згортання поліпептидних ланцюгів знову синтезованих білків. З’ясування закономірностей згортання поліпептидних ланцюгів є однією з найважливіших завдань біохімії. У разі успіху з’явилася б можливість передбачати нативні конформації білків на підставі даних про амінокислотних послідовностях, реконструюються на підставі відносно легко доступних ДНК-послідовностей (див. C. 256).
А. Згортання білків
Згортання поліпептидного ланцюга в нативну конформацію йде найбільш успішно в фізіологічних умовах. Втрата нативной конформації, денатурація, настає при екстремальних значеннях рН, високій температурі або під дією органічних розчинників, детергентів та інших денатуруючих речовин.
До факторів, стабілізуючим конформацию білка, відносяться водневі зв’язки, дисульфідні містки, електростатичне взаємодія та комплексоутворення з іонами металів (див. С. 73). Іншим дуже важливим стабілізуючим фактором є “гідрофобний ефект”. Як зазначалося на с. 34, в суміші неполярних вещест з Ведою відбувається поділ фаз (“ефект масляних крапель”), т. Е. Йде мимовільний процес, при якому поверхня контакту між фазами прагне бути мінімальною. За аналогією з цим процесом поліпептидний ланцюг згортається у водному середовищі таким чином, щоб якомога більше неполярних бічних груп амінокислотних залишків були б заховані усередині глобули, тоді як полярні групи контактують з водою (1). Такий механізм дозволяє пояснити розподіл відповідних угруповань і в молекулі інсуліну (див. С. 83).
В даний час не існує повного опису енергетики процесу згортання поліпептидного ланцюга (2). У цьому розділі обговорюється лише гранично проста модель. У заданих умовах конформація поліпептидного ланцюга буде стійкою лише в тому випадку, якщо вона має мінімумом вільної енергії (зміна вільної енергії згортання ΔGСВ має знак мінус) (див. С. 22). Разом з тим згортання поліпептидного ланцюга підвищує ступінь впорядкованості білкової молекули. А як вказувалося на с. 26, зростання впорядкованості означає зменшення ентропії системи (ΔSКОНФ – величина негативна), а отже зростання ентропійного члена в рівнянні Гіббса-Гельмгольца (-Т – ΔSКОНФ має знак плюс) (фіолетова стрілка). На процес згортання також надають стабілізуючий вплив ковалентні та інші типи зв’язків, що утворюються в білкової глобуле. Тому зміна ентальпії згортання ΔHСВ – величина негативна (червона стрілка). Іншим фактором, що впливає на хід процесу, є зміна ентропії навколишнього середовища (води) за рахунок гідрофобного ефекту. При згортання поліпептидного ланцюга знижується ступінь впорядкованості води і утворюється максимально можливе число водневих зв’язків. При цьому зростає ентропія водного середовища, т. Е. ΔSВОД – Величина позитивна, а отже, ентропійний член рівняння – T – ΔSВОД має знак мінус (синя стрілка). Таким чином, зменшення ентропії поліпептидного ланцюга перекривається зростанням ентропії навколишнього середовища і ентропія системи в цілому зростає. Отже, поліпептидний ланцюг мимовільно приймає нативну конформацію, що характеризується мінімумом вільної енергії сумарною системи (ΔGСВ – величина негативна) (зелена стрілка).
Б. Згортання білків: приклади
При порівнянні найбільш великих глобулярних білків стає очевидним, що існує певна схема згортання поліпептидного ланцюга, яка відтворюється з незначними варіаціями. Розглянемо ряд прикладів (α-спіралі виділені червоним кольором, площини складчастого листа – зеленим), глобулярні білки, побудовані з α-спіралей, як наприклад, міоглобін (див. С. 330, гем виділений жовтим кольором), зустрічаються рідко. Зазвичай спостерігаються поєднання складчастих листів і спіраль ділянок, як, наприклад, під флаводоксіне, невеликому флавопротеїнів (FMN виділений жовтим кольором), де 5 розташованих віялом складчастих листів з п’яти паралельних тяжів формують ядро молекули; 4 α-спіральних ділянки оточують ядро зовні. Імуноглобулін (див. С. 288) побудований з декількох схожих доменів (незалежних, компактно згорнутих фрагментів поліпептидного ланцюга), в яких два антипаралельних складчастих листа з трьох або чотирьох тяжів утворюють бочкообразную структуру (див. С. 292), Наведений на схемі СН2- домен несе олісахарід (жовтий), який в більш наочній формі наведено на с. 51.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)