Чем определяется термическая устойчивость нативной структуры белков?
В настоящее время экспериментально доказано, что дисульфидные (ковалентные) связи, несмотря на их относительную прочность, сами по себе обеспечить устойчивость нативной структуры не могут. Это видно хотя бы из того, что разрыв всех —S—S— связей не вызывает существенных изменений конформации белковой молекулы, если в ней сохранена сеть вторичных (слабых) связей. Водородные связи в молекуле очень важны, но считают, что сами по себе они могут привести нативную структуру только «на грань» стабильности, которая может быть уничтожена или усилена в результате определенных взаимодействий боковых групп. Не столь велико и значение спирализации цепей; известно, что спиральные участки не могут в глобулярных белках быть большими, а стабильность коротких участков гораздо меньше, чем у длинных. Обеспечить прочную компактную структуру спиральные отрезки вряд ли могут и нужны какие-то дополнительные силы, чтобы скреплять и удерживать их вместе. Определенное, но снова же не решающее значение для стабилизации нативной структуры имеют электростатические силы, главным образом силы притяжения между противоположно заряженными группами, т.е. связи солевого типа. Хотя их доля сравнительно невелика, но, по-видимому, молекула белка всегда будет стремиться принять такую конформацию, при которой большинство возможных солевых связей будет насыщено.
Главными же силами, стабилизирующими нативную макроструктуру (глобулярных белков), как это сейчас общепризнано, следует считать гидрофобные взаимодействия, т. е. стремление гидрофобных боковых цепей углеводородной природы к слипанию в водной среде. Именно эти силы обусловливают сворачивание полипептидной цепи в компактную глобулу. В ней подавляющее большинство неполярных групп расположено внутри, а большинство полярных — снаружи. Тем не менее, из множества возможных компактных структур могут образоваться лишь те, у которых, кроме того, будут максимально насыщены (образованы) внутримолекулярные водородные связи между СО и НН-группами основной цепи и максимально насыщены солевые и водородные связи между боковыми группами. Нативная пространственная структура, таким образом, представляет собой своеобразный «компромисс» между этими требованиями и именно этим обусловлено то, что из казалось бы многих возможных макроструктур могут образоваться лишь немногие. Все элементы пространственной структуры белковой молекулы находятся в тесной взаимосвязи.
Локализация специфических аминокислот на поверхности глобулярных белков.
К глобулярным относят белки, соотношение продольной и поперечной осей которых не превышает 1:10, а чаще составляет 1:3 или 1:4, т.е. белковая молекула имеет форму эллипса. Большинство индивидуальных белков человека относят к глобулярным белкам. Они имеют компактную структуру и многие из них, за счёт удаления гидрофобных радикалов внутрь молекулы, хорошо растворимы в воде.
Глобулярные белки – это белки, полипептидные цепи которых свернуты в компактные или эллипсоидные структуры (глобулы).
Белковая глобула образуется в клетке в водной среде. Вода влияет на водородные связи в глобуле. Для стабилизации элементов вторичной структуры и пространственной структуры в целом необходимо, чтобы образование внутримолекулярных водородных связей давало бы больший выигрыш свободной энергии, чем образование водородных связей с молекулами воды. Аминокислотные остатки, входящий в состав полипептидной цепи, могут быть условно разделены на две группы: неполярные (гидрофобные) и полярные (гидрофильные).
Таким образом, углеводородные неполярные радикалы аминокислотных остатков преимущественно контактируют друг с другом, а не с водой, полярные радикалы взаимодействуют с водой. В результате гибкая макромолекула белка в воде сворачивается в глобулу. Неполярные, гидрофобные, радикалы располагаются внутри глобулы, а полярные, гидрофильные, радикалы - на ее поверхности, соприкасающейся с водой. Большинство полярных белковых групп аминокислотных остатков полипептидных цепей ГБ находится на поверхности глобул в гидратическом состоянии, а гидро фобные группы скрыты внутри глобул, поэтому ГБ растворимы в полярных растворителях.
Чем определяется молекулярная масса гемоглобина?
Гемоглобин относится к классу белков–хромопротеинов. Его молекула состоит из четырех полипептидных цепей, с каждой из которых нековалентно связана особая пигментная группа –гем. Молекулярная масса гемоглобина составляет около 64 500, а каждой из его субъединиц –16 000.
В состав молекулы гемоглобина входят четыре одинаковые гемовые группы. Гем представляет собой протопорфирин, содержащий центрально расположенный ион двухвалентного железа. Молекула протопорфирина состоит из четырех пиррольных колец, связанных метиновыми мостиками, к кольцам присоединены боковые цепи характерного строения. Ключевую роль в активности гемоглобина играет ион железа, расположенный в центре молекулы протопорфирина. Соединение с этим ионом посредством двух координационных связей и двух связей, образовавшихся вследствие замещения водорода, превращает протопорфирин в гем. Структура гема целиком расположена в одной плоскости. В процессе переноса кислорода гемоглобином молекула O2 обратимо связывается с гемом, при этом валентность железа не изменяется.
Белковый компонент гемоглобина. Большая часть молекулы гемоглобина, состоящей примерно из 10000 атомов, приходится на долю белкового компонента. Этот компонент состоит из четырех отдельных полипептидных цепей, в состав каждой из которых входит более 140 аминокислотных остатков.
Состав ферментов.
Давно выяснено, что все ферменты являются белками и обладают всеми свойствами белков. Поэтому подобно белкам ферменты делятся на простые и сложные.
Простые ферменты состоят только из аминокислот – например, пепсин, трипсин, лизоцим.
Сложные ферменты (холоферменты) имеют в своем составе белковую часть, состоящую из аминокислот – апофермент, и небелковую часть – кофактор. Примером сложных ферментов являются сукцинатдегидрогеназа (содержит ФАД), аминотрансферазы (содержат пиридоксальфосфат), различные пероксидазы (содержат гем), лактатдегидрогеназа (содержит Zn2+), амилаза (содержит Ca2+).
Кофактор, в свою очередь, может называться коферментом (НАД+, НАДФ+, ФМН, ФАД, биотин) или простетической группой (гем, олигосахариды, ионы металлов Fe2+, Mg2+, Ca2+, Zn2+).
Деление на коферменты и простетические группы не всегда однозначно:
• если связь кофактора с белком прочная, то в этом случае говорят о наличии простетической группы,
• но если в качестве кофактора выступает производное витамина – то его называют коферментом, независимо от прочности связи.
Для осуществления катализа необходим полноценный комплекс апобелка и кофактора, по отдельности катализ они осуществить не могут. Кофактор входит в состав активного центра, участвует в связывании субстрата или в его превращении.
Как многие белки, ферменты могут быть мономерами, т.е. состоять из одной субъединицы, и полимерами, состоящими из нескольких субъединиц.