Белтъци Цели Цели на преподавателя



страница2/5
Дата08.02.2017
Размер0.65 Mb.
#14475
1   2   3   4   5

Фиг. 2-6. Съкратено представяне на първичната структура на двете
вериги (А и В) на човешки инсулин в посока от N- към С-края.

 Оцветени са остатъците А8, А9, А10 от верига А и В30 от верига


В, които в различни животински видове се различават от тези в човек (вж
т. 2.5.4). Данните са по [5] и [4].

I - чрез трибуквени съкращения; II - чрез еднобуквени съкращения.

Въпреки ниската молекулна маса на инсулин (5 734 KDa), той се причислява към
белтъците, тъй като се синтезира като неактивен предшественик препроинсулин (11 500 KDa).
От него след протеолитично отцепване на
пептид от N-края, наричан сигнален (вж гл.14), се получава проинсулин (9 000 KDa) (фиг. 2-7). От проинсулин след отделяне на пептид С и два дипептида се оформят веригите А и В на мономера инсулин.




Фиг. 2-7. Схематично представяне на полипептидната верига на
проинсулин с 86 аминокиселинни остатъци. От тази обща верига след хидролитно
отделяне на пептид С (в червено) и два дипептида се получават двете вериги
на инсулин: верига А с 21 остатъци (в черно) и верига В с 30 остатъци (в
синьо).

Както личи от фиг. 2-5 и фиг. 2-6, полипептидните вериги, изграждащи


белтъците, се характеризират със следните особености:

 1) Веригите имат два различни края: азотен или N-край (свободна


амино-група) и въглероден или С-край (свободна карбоксилна група). Тези
групи при рН 7 са в йонизирано състояние.

 2) Няма циклизация на веригата - краищата са свободни.

 3) Няма разклонения, защото в образуване на пептидната връзка
участвуват само  -амино и  -карбоксилни групи.

 4) Веригите имат еднакъв скелет, тъй като се повтаря една и съща


групировка >CH-CO-NH-.

 5) разнообразието на природните полипептиди и белтъци е следствие


от различия в аминокиселинната последователност.

Названията на аминокиселинните остатъци в пептидната верига добиват


окончание -ил, напр. пептид, съдържащ глицин, аланин, лизин и валин ще
се чете като глицил-аланил-лизил-валин. Последният аминокиселинен остатък
в С-края не променя названието си.

Огромен брой белтъци вече имат изяснена първична структура. Данните


се съхраняват в електронен вид в специални масиви от база данни, напр.
Protein Data Bank (PDB) или European Molecular Biology Laboratory Data
Library (EMBL), които са достъпни чрез Интернет. Eлектронната търсачка
PubMed (The National Library of Medicine's Search Service) [6] има достъп
до повече от 11 млн заглавия в Medline, PreMedline и други база-данни с
връзки към изходните свързани с Интернет списания.

При опростеното представяне на белтъчната молекула в една равнина


(фиг. 2-5 и 2-6), не се вземат предвид нито особеностите на пептидната
връзка, нито другите възможни взаимодействия. Но в действителност те съществуват
и обуславят по-висшите структури.

2.2.3. Връзки в белтъците

Пептидната връзка е ковалентна връзка, която се получава при
кондензация на -СООН група от една аминокиселина и амино-група от друга
аминокиселина.

Резонансната стабилизация на пептидната връзка е представена


на фиг. 2-8-I. Полудвойните връзки в пептидната група обуславят равнина
на спрежение. Четирите атоми С, O, N, H, както съседните -C атоми, лежат
в тази равнина и поради това свободно въртене около осите на полудвойните връзки не
е позволено. Свободно въртене под определен ъгъл е позволено само около
съседните на пептидната група прости връзки N-С
(ъгъл ) и С-С (ъгъл
). Тези ъгли  (phi) и  (psi) са въведени от Рамачандран. Радикалите,
прикрепени към -С атоми, са в предпочитана транс-позиция спрямо равнината
на пептидната връзка. Друго важно следствие от мезомерията на пептидната
връзка е възможността да се образуват водородни връзки между близко разположени
пептидни групи.



Фиг. 2-8-I. Резонансна стабилизация на пептидната връзка.

Наред с ковалентните пептидни и дисулфидни връзки, в белтъците
има и голям брой други нековалентни взаимодействия, които, макар и значително
по-слаби, са важни за структурата, свойствата и биологичната активност
на белтъците (табл. 2-2).

Табл. 2-2. Видове връзки и взаимодействия в белтъчните молекули*

Връзки или взаимодействия

Енергия на връзката
(kJ/mol)



Ковалентни пептидни връзки

около 400



Ковалентни дисулфидни връзки

около 214



Водородни връзки

4.2 - 25



Хидрофобни взаимодействия

< 4.2



Йонни връзки

< 21

    *Данните са по Т. Николов [3].

Водородни връзки възникват, когато Н атом е между два по-електроотрицателни
атоми, с единия от които е ковалентно свързан. Напр. H, свързан към N от
една пептидна група, се привлича от О на друга пептидна група. Водородните връзки са по-слаби
от ковалентните връзки, но поради големия им брой между
близко разположени пептидни групи, те имат значение за стабилизиране на вторичната
структура. Водородни връзки има и между повърхностно разположени полярни
радикали и водни молекули.

Хидрофобни взаимодействия има между неполярни радикали, които
в разтворимите глобуларни белтъци се разполагат във вътрешността на молекулата.
При белтъци, вградени в хидрофобни мембрани, е налице повърхностно разположение
на неполярни остатъци, които участват в хидрофобни взаимодействия с мембранните
липиди.

Електростатични взаимодействия има между заредени групи от радикалите
(привличане и отблъскване). Тези заредени групи са обикновено по повърхността
на белтъчната молекула, но има случаи, когато такива групи с важна функция
са в жлеб, разположен във вътрешността на молекулата.

Ван дер Ваалсовите взаимодействия на привличане и отблъскване
са много слаби и действат на къси разстояния между временно индуцирани
диполи. Оптималното контактно разстояние между два атома е сумата от техните
Ван дер Ваалсови радиуси. При него привличането е максимално, а отблъскването
минимално.

2.2.4. Вторична структура

Теоретично ъглите на въртене  (около оста N-С
) и  (около оста
С-С) (фиг. 2-8-I) могат да заемат стойности от -180о до +180о, но на практика
много от тези стойности са забранени поради пространствено пречене между
радикалите. Т.е. само теоретично са възможни безброй конформации на полипептидната
верига при различно завъртане на плоскостите на пептидните групи една спрямо
друга. Поради възникването на голям брой водородни връзки между близко
разположени пептидни групи и поради пространствено пречене между радикалите,
тези ъгли  и  не могат да имат произволно значение и веригата в отделни
участъци се огъва по определен начин - т.е. възниква вторична структура.




Фиг. 2-8. Особености на пептидната връзка и видове вторична структура.

 I - Резонансна стабилизация на пептидната връзка. При определени


стойности на  (около оста N-С) и  (около оста С-С) възниква -спирала
(II) или -структура (III) - вж също табл. 2-3.

Вторичната структура се отнася до локалното нагъване на части


от полипептидната верига под форма на -спирала (фиг. 2-8-II), -структура
(фиг. 2-8-III) или друг тип спирала с определени параметри (табл. 2-3).
Тези параметри са: ъгли на Рамачандран  и , брой остатъци на един оборот
на спиралата (n), разстояние между -C атоми на съседни остатъци (d) и
ход на спиралата (p = n x d). Термодинамично най-стабилни са -спиралата
и -структурата. Различните видове структура се стабилизират от водородни връзки
между близко разположени пептидни групи.

При -спиралата водородните връзки са вътрешноверижни и успоредни


на оста на спиралата през 4 остатъка (между CО групата на остатък m и NН
групата от остатък m+4), както личи от модела на Полинг (фиг. 2-9) и различните
компютърни изображения на -спиралата (фиг. 2-10). -Спиралата е възможно
най-компактната форма на полипептидната верига (n = 3.6, докато за -веригата
n = 2.0 - вж табл. 2-3).

Табл. 2-3. Видове вторични структури с характерните им параметри.


Структура

n

p (nm)

(о)

(о)



-Спирала с десен ход

3.6

0.54

- 57

- 47



-Верига в паралелен -лист

2.0

6.4

- 119

+ 113



-Верига в антипаралелен -лист

2.0

6.8

- 139

+ 135



Спирала от полипролинов тип II

3.0

9.4

- 78

+ 149


     n - брой аминокиселинни остатъци за един оборот на веригата;


p -  ход на спиралата; (p= n x d), където d - разстояние между -C
атоми на съседни остатъци;  и  - ъгли на Рамачандран.







Фиг. 2-9. Теоретичен модел на Полинг за дясно-завита -спирала.

 Във всеки оборот на спиралата участват 3.6 аминокиселинни остатъка,


т.е n = 3.6;
d - разстояние между -C атоми на съседни остатъци; d = 0.15 nm;
p - ход на спиралата; p = n x d = 0.54 nm.






Фиг. 2-10. Различни изображения на -спирален участък чрез компютърната
програма Raswin [7]. Фрагментът съдържа в посока от N към С-края (отгоре
надолу) следните 13 остатъци: Ала, Гли, Сер, Тре, Лев, Иле, Вал, Асн, Глн,
Арг, Хис, Ала, Лиз.[8]

 1 - модел тип "гръбнак" (backbone); 2 - модел тип "жица" (wireframe);


3 - модел тип "прозрачна панделка" (strands); 4 - модел тип "плътна панделка"
(ribbon); 5 - модел тип "пръчки" (sticks);6 - модел тип "топки и пръчки"
(balls and sticks); 7 - пълен пространствен модел" (full space).

 С редуващ се цвят са откроени отделните аминокиселинни остатъци.


Водородните връзки (вътрешноверижни и успоредни на оста на спиралата) са
представени с пунктири.

-Веригата е сравнително най-опънатата форма на полипептидната


верига (n=2 - вж табл. 2-3). Водородни връзки се образуват между близко
разположени пептидни групи от различни вериги или между различни участъци
на една верига (фиг. 2-8-III и фиг. 2-11). Водородните връзки са приблизително
перпендикулярни на осите на веригите. Сближените вериги образуват леко
зигзаговидно нагъната повърхност (като мех на хармоника), която може да
се идеализира като равнина. Страничните остатъци (R) са разположени почти
перпендикулярно на мислената равнина, в която лежи "хармониката" и са алтернативно
повтарящи се от двете й страни.

Възникващата система от паралелни (еднопосочни) или антипаралелни


(разнопосочни) вериги се означава като мотив от типа -лист. Преобладават
антипаралелните -листове (фиг. 2-11). Броят на -верижните участъци в
-листа може да варира от 2 до 15. Вериги с обща формула (- Гли - Х) позволяват
да бъдат плътно опаковани и имат висока механична стабилност - напр. като
при фиброин от коприна.

Мотивът е повтаряща се комбинация от елементи на вторичната


структура, напр. ,  (-лист),  (гривна), гръцки ключ и др.

 -Спиралните и -верижните участъци съставляват около 50 % от


цялата верига. Останалите участъци в местата на огъване се означават като
бримки и са не по-малко важни за биологичната функция на даден белтък.
Бримките не трябва да се бъркат с термина "случайно нагъната верига", използван
за денатурирани вериги.





Фиг. 2-11. Различни начини на представяне на структура от типа
-лист чрез програмата Raswin [7].
Част от полипептидна верига съдържа в посока от N- към С-края следните остатъци: Глу, Вал, Лиз, Лев, Глу, Глу, Сер, Гли, Гли, Гли, Лев, Вал, Глн, Про, Гли, Гли, Сер, Мет, Лиз, Лев, Сер, Цис, Ала, Тре, Сер, Гли, Фал, Тре, Фал, Сер.[9]

N-краят е в лeвия горен край и е в син цвят. Водородните връзки (представени с пунктири) между остатъците в двата антипаралелни


-участъци стабилизират -структурата.
 1 - Всички остатъци са представени с модел тип "пръчки и топки"; 2- -верижните участъци са представени с модел тип "панделка"; а остатъците в местата на огъване
- с модел "пръчки и топки". Атомните координати са по [10].

2.2.5. Третична структура на белтъчните молекули

Далечните нековалентни взаимодействия между аминокиселинните
остатъци определят по-висшата третична структура на белтъчната молекула
- т. е. начинът на пространствено нагъване на цялата верига, която може
да съдържа -спирални и/или -структурни участъци. На фиг. 2-12 са дадени
примери за нековалентни взаимодействия между отдалечени радикали.
Те могат да бъдат:

1) хидрофобни взаимодействия - между неполярни аминокиселинни


остатъци;

2) полярни взаимодействия между полярни остатъци:

  а) йонни (привличане между противоположно заредени групи) или
отблъскване между едноименно заредени групи);

  б) йон-диполни - между заредена група и полярна, но недисоциираща


група;

  в) водородни връзки между радикали.

В белтъците, които съдържат цистеинови остатъци или пролин, има
още две причини, които обуславят и поддържат третичната структура:

 1) дисулфидни връзки - вътрешноверижни или междуверижни (вж.


фиг. 2-6);

 2) включването на пролин може да огъне веригата, тъй като целият


петатомен пръстен се включва във веригата (вж фиг. 2-5).






Фиг. 2-12. Нековалентни взаимодействия между отдалечени по веригата
радикали.

 1 - хидрофобни взаимодействия; 2 - електростатични взаимодействия;


3 - водородни връзки.

 


Каталог: docs -> biohimia
biohimia -> След работа с този раздел студентите ще могат да постигнат следните учебни цели: А. Знания
biohimia -> Захарен диабет Цели Цели на преподавателя
biohimia -> След работа с този раздел студентите ще могат да постигнат следните учебни цели: А. Знания
biohimia -> Ензими Цели Цели на преподавателя
biohimia -> След работа с този раздел студентите ще могат да постигнат следните учебни цели: А. Знания
biohimia -> Биоенергетика Цели Цели на преподавателя
biohimia -> След работа с този раздел студентите ще могат да постигнат следните учебни цели: А. Знания
biohimia -> След работа с този раздел студентите ще могат да постигнат следните учебни цели: А. Знания
biohimia -> След работа с този раздел студентите ще могат да постигнат следните учебни цели: А. Знания


Сподели с приятели:
1   2   3   4   5




©obuch.info 2024
отнасят до администрацията

    Начална страница