Классификация и структура белков

Белки выполняют в организме очень важные функции. К ним в пер­вую очередь следует отнести: структурную, каталитическую, сократи­тельную, транспортную, регуляторную, защитную, а также энергетиче­скую. На долю белков в среднем приходится 1/6 часть от массы тела человека.

По строению белки - это высокомолекулярные азотсодержащие со­единения, состоящие из аминокислот. В состав белковых молекул мо­гут входить десятки, сотни и тысячи остатков аминокислот. Однако все белки, независимо от происхождения, содержат лишь 20 видов амино­ кислот Строение 20 разновидностей аминокислот, входящих во все бедаи, можно отразить следующей формулой:

r

........ i

H-C-nh₂

У всех аминокислот можно выделить общую, одинаковую часть мо­лекулы, содержащую амино- и карбоксильную группы (выделена пунк­тирной рамкой). Другая же часть молекулы, обозначенная как радикал (R), у каждой из 20 аминокислот имеет специфическое строение, и аминокислоты отличаются друг от друга только радикалами. (Класси­фикация, формулы и некоторые свойства аминокислот приведены в приложении 1.)

Аминокислоты, соединяясь друг с другом пептидной связью, обра­зуют длинные неразветвленные цепи - полипептиды. Пептидная связь возникает при взаимодействии карбоксильной группы одной амино­кислоты и аминогруппы другой аминокислоты с выделением воды:

r₁ r₂ nh₂-ch-cooh +nh₂-ch-cooh _____ _

-н₂о

Пептидные связи обладают высокой прочностью, их образуют все аминокислоты.

В состав белковой молекулы входит один или несколько полипептидов.

Кроме пептидных, в белках обнаруживаются еще дисульфидные, водородные, ионные и другие связи.

Эти химические связи могут возникать между остатками аминокис­лот, которые входят в разные участки одного и того же полипептида или же находятся в разных полипептидах, но обязательно пространст­венно сближены. В первом случае благодаря таким связям полипеп­тидная цепь принимает определенную пространственную форму. Во втором случае с помощью непептидных связей полипептиды объеди­няются в белковую молекулу.

В итоге молекула белка является объемным, трехмерным образова­нием, имеющим определенную пространственную форму. Для удобства рассмотрения пространственного строения молекулы белка условно выделяют четыре уровня ее структурной организации.

Первый уровень пространственной организации белковой молекулы называется первичной структурой и представляет собой последова­тельность расположения аминокислот в полипептидных цепях. Фикси­руется эта структура прочными пептидными связями. Другими слова­ми, первичная структура характеризует химическое строение полипеп­тидов, образующих белковую молекулу. Каждый индивидуальный бе­лок имеет уникальную первичную структуру.

Второй уровень пространственной организации - вторичная структура - описывает пространственную форму полипептидных це­пей. Например, у многих белков полипептидные цепи имеют форму спирали. Фиксируется вторичная структура дисульфидными и различ­ными нековалентными связями.

Третий уровень пространственной организации - третичная струк­тура - отражает пространственную форму вторичной структуры. На­пример, вторичная структура в форме спирали, в свою очередь, может укладываться в пространстве в виде глобулы, т. е. имеет шаровидную или яйцевидную форму. Стабилизируется третичная структура слабы­ми нековалентными связами, а также дисульфидными связями и поэто­му является самой неустойчивой структурой.

Пространственная форма всей белковой молекулы получила назва­ние конформация. Поскольку в молекуле белка наряду с прочными ковалентными связями имеются еще менее прочные (нековалентные) связи, то его конформация характеризуется нестабильностью и может легко изменяться. Изменение пространственной формы белка влияет на его биологические функции. Конформация, находясь в которой бе­лок обладает биологической активностью, называется нативной. Лю­бые воздействия на белок, приводящие к нарушению этой конформа- ции, сопровождаются частичной или полной утратой белком его биоло­гических свойств. Изменение конформации в небольших пределах об­ратимо и является одним из механизмов регуляции биологических функций белков в организме.

Четвертичной структурой обладают только некоторые белки. Чет­вертичная структура - это сложное надмолекулярное образование, со­стоящее из нескольких белков, имеющих свою собственную первич­ную, вторичную и третичную структуры. Каждый белок, входящий в состав четвертичной структуры, называется субъединицей. Например, белок крови гемоглобин состоит из четырех субъединиц двух типов (а и Р) и имеет строение а₂рг- Ассоциация субъединиц в четвертичную структуру приводит к возникновению нового биологического свойства, отсутствующего у свободных субъединиц. Например, формирование четвертичной структуры в ряде случаев сопровождается появлением каталитической активности, которой нет у отдельных субъединиц.

Объединяются субъединицы в четвертичную структуру за счет сла­бых нековалентных связей, и поэтому четверичная структура неустой­чива и легко диссоциирует на субъединицы. Образование и диссоциа­ция четвертичной структуры является еще одним механизмом регуля­ции биологических функций белков.

Из всех структур белка кодируется только первичная. За счет ин­формации, заключенной в молекуле ДНК, синтезируются полипептид­ные цепи (первичная структура). Высшие структуры (вторичная, тре­тичная, четвертичная) возникают самопроизвольно в соответствии со строением полипептидов.

Классификация белков

Белки делятся на простые (протеины) и сложные (протеиды). Простые белки состоят только из аминокислот. К простым белкам, имеющимся в организме человека, относятся альбумины, глобули­ны, гистоны, белки опорных тканей. В молекуле сложного белка, кроме аминокислот, еще имеется неаминокислотная часть, назы­ваемая простетической группой. В зависимости от строения про- стетической группы выделяют такие сложные белки, как фосфопро- теиды (содержат в качестве простетической группы фосфорную ки­слоту), нуклеопротеиды (содержат нуклеиновую кислоту), глико- протеиды (содержат углевод), липопротеиды (содержат липоид), хромопротеиды (содержат окрашенную простетическую группу) и др.

Возможна и другая классификация белков, вытекающая из их про­странственной формы. В этом случае белки разделяются на два боль­ших класса: глобулярные и фибриллярные.

Молекулы глобулярных белков имеют шарообразную или эллипсо­идную форму. Примером таких белков являются альбумины и глобу­лины плазмы крови.

Фибриллярные белки представляют собою вытянутые молекулы, у которых длина значительно превышает их диаметр. К таким бел­кам прежде всего необходимо отнести коллаген - самый распро­страненный белок у человека и высших животных, на долю которо­го приходится 25-30% от общего количества белков организма. Коллаген обладает высокой прочностью и эластичностью. Этот бе­лок широко распространен в организме, он входит в состав соедини­тельной ткани, и поэтому его можно обнаружить в коже, стенках со­судов, мышцах, сухожилиях, хрящах, костях, во внутренних орга­нах.

Поиск по сайту: