Reklamimi në portal

Vetitë vendase të një proteine ​​përcaktohen nga struktura e saj. Struktura terciare. Bazat teorike të mësimit

Ekzistenca e 4 niveleve të organizimit strukturor të molekulës së proteinave është vërtetuar.

Struktura primare e proteinave- sekuenca e vendndodhjes së mbetjeve të aminoacideve në zinxhirin polipeptidik. Në proteina, aminoacidet individuale janë të lidhura me njëra -tjetrën lidhjet peptide që dalin nga ndërveprimi i grupeve a-karboksil dhe a-amino të aminoacideve.

Deri më tani, struktura parësore e dhjetëra mijëra proteinave të ndryshme është deshifruar. Për të përcaktuar strukturën parësore të proteinës, përbërja e aminoacideve përcaktohet me metoda të hidrolizës. Pastaj përcaktohet natyra kimike e aminoacideve përfundimtare. Hapi tjetër është përcaktimi i sekuencës së aminoacideve në zinxhirin polipeptidik. Për këtë, përdoret hidroliza selektive e pjesshme (kimike dhe enzimatike). Isshtë e mundur të përdoret analiza strukturore e rrezeve X, si dhe të dhëna mbi sekuencën nukleotide plotësuese të ADN-së.

Struktura sekondare e proteinave- konfigurimi i zinxhirit polipeptid, d.m.th. një metodë e paketimit të një zinxhiri polipeptid në një konformacion specifik. Ky proces nuk vazhdon në mënyrë kaotike, por në përputhje me programin e përcaktuar në strukturën parësore.

Stabiliteti i strukturës dytësore sigurohet kryesisht nga lidhjet e hidrogjenit, megjithatë, një kontribut i caktuar jepet nga lidhjet kovalente - peptidi dhe disulfidi.

Konsiderohet lloji më i mundshëm i strukturës së proteinave globulare a-spirale... Përdredhja e zinxhirit polipeptid ndodh në drejtim të akrepave të orës. Çdo proteinë karakterizohet nga një shkallë e caktuar spiralizimi. Nëse zinxhirët e hemoglobinës spiralizohen me 75%, atëherë pepsina është vetëm 30%.

Lloji i konfigurimit të zinxhirëve polipeptidikë të gjetur në proteinat e flokëve, mëndafshit, muskujve quhet b-strukturat... Segmentet e zinxhirit peptid janë rregulluar në një shtresë, duke formuar një figurë të ngjashme me një gjethe të palosur në një fizarmonikë. Shtresa mund të formohet nga dy ose sasi e madhe zinxhirët peptidikë.

Në natyrë, ka proteina, struktura e të cilave nuk korrespondon me strukturën β- ose a, për shembull, kolagjenin, një proteinë fibrilare që përbën pjesën më të madhe të indit lidhës tek njerëzit dhe kafshët.

Struktura terciare e proteinave- orientimi hapësinor i spirales polipeptide ose metoda e palosjes së zinxhirit të polipeptidit në një vëllim të caktuar. Proteina e parë, struktura terciare e së cilës u sqarua nga analiza e difraksionit me rreze X, është mioglobina e balenës spermatozoide (Fig. 2).

Në stabilizimin e strukturës hapësinore të proteinave, përveç lidhjeve kovalente, rolin kryesor e luajnë lidhjet jo kovalente (hidrogjeni, ndërveprimet elektrostatike të grupeve të ngarkuara, forcat ndërmolekulare të van der Waals, ndërveprimet hidrofobike, etj.).

Sipas koncepteve moderne, struktura terciare e një proteine, pas përfundimit të sintezës së saj, formohet spontanisht. Themelore forcë lëvizëseështë ndërveprimi i radikalëve të aminoacideve me molekulat e ujit. Në këtë rast, radikalët jo-polarë të aminoacideve hidrofobikë janë zhytur brenda molekulës së proteinave, dhe radikalët polarë janë të orientuar drejt ujit. Procesi i formimit të strukturës vendase hapësinore të zinxhirit polipeptidik quhet palosje... Proteinat janë të izoluara nga qelizat, të quajtura kaperonët. Ata marrin pjesë në palosjen. Janë përshkruar një sërë sëmundjesh njerëzore të trashëguara, zhvillimi i të cilave shoqërohet me një shkelje për shkak të mutacioneve në procesin e palosjes (pigmentoza, fibroza, etj.).

Ekzistenca e niveleve të organizimit strukturor të një molekule proteine, të ndërmjetme midis strukturave dytësore dhe terciare, është vërtetuar me metoda të analizës së difraksionit të rrezeve X. Domainështë një globulare kompakte njësi strukturore brenda zinxhirit polipeptid (Fig. 3). Shumë proteina (për shembull, imunoglobulinat) janë zbuluar, të përbërë nga fusha të strukturës dhe funksionit të ndryshëm, të koduara nga gjene të ndryshme.

Të gjitha vetitë biologjike të proteinave shoqërohen me ruajtjen e strukturës së tyre terciare, e cila quhet vendas... Një globulë proteine ​​nuk është një strukturë absolutisht e ngurtë: lëvizjet e kthyeshme të pjesëve të zinxhirit peptid janë të mundshme. Këto ndryshime nuk cenojnë konformitetin e përgjithshëm të molekulës. Konformimi i një molekule proteine ​​ndikohet nga pH e mediumit, fuqia jonike e tretësirës dhe ndërveprimi me substanca të tjera. Çdo efekt që çon në një shkelje të konformitetit vendas të molekulës shoqërohet me një humbje të pjesshme ose të plotë të vetive biologjike të proteinës.

Struktura e proteinave kuaternare- një metodë e vendosjes në hapësirë ​​të zinxhirëve individualë polipeptidikë që kanë të njëjtën ose të ndryshme strukturë parësore, dytësore ose terciare, dhe formimin e një formacioni të vetëm makromolekular në aspektin strukturor dhe funksional.

Një molekulë proteine ​​e përbërë nga disa zinxhirë polipeptidikë quhet oligomer, dhe secili zinxhir i përfshirë në të - protometër... Proteinat oligomerike shpesh ndërtohen nga një numër çift protomerësh, për shembull, një molekulë e hemoglobinës përbëhet nga dy zinxhirë a- dhe dy b-polipeptide (Fig. 4).

Rreth 5% e proteinave, përfshirë hemoglobinën dhe imunoglobulinat, kanë një strukturë kuaternare. Struktura e nën -njësisë është karakteristike për shumë enzima.

Molekulat e proteinave që përbëjnë një proteinë me një strukturë kuaternare formohen në ribosome veç e veç dhe vetëm pas përfundimit të sintezës formojnë një strukturë të përbashkët supramolekulare. Proteina fiton aktivitet biologjik vetëm kur protomerët përbërës të saj kombinohen. Të njëjtat lloje ndërveprimesh përfshihen në stabilizimin e strukturës kuaternare si në stabilizimin e terciarit.

Disa studiues pranojnë ekzistencën e një niveli të pestë të organizimit strukturor të proteinave. ajo metabolone - komplekset makromolekulare shumëfunksionale të enzimave të ndryshme që katalizojnë të gjithë rrugën e transformimeve të substratit (sintetazat e acideve yndyrore më të larta, kompleksi piruvat dehidrogjenazë, zinxhiri i frymëmarrjes).

Lidhja peptide përcakton shtyllën kurrizore (kreshtën) e strukturës parësore të molekulës së proteinave dhe i jep asaj ngurtësi.

Bazat teorike të mësimit

Struktura e molekulës së proteinave

Qëllimi i mësimit: për të studiuar llojet e organizimit makromolekular të molekulave të proteinave.

Struktura parësore e proteinave- sekuenca e aminoacideve në zinxhirin polipeptid (ose zinxhirët) dhe pozicionin e lidhjeve disulfide (nëse ka).

Struktura parësore stabilizohet nga lidhjet kovalente: peptidi, dhe në disa peptide dhe disulfidi.

Shkatërrimi i lidhjeve kovalente të strukturës parësore - hidroliza: 1) acid - në 6 N. HCl, 100-110 0 С, 24 orë; 2) enzimatike - me ndihmën e enzimave proteolitike në stomak në pH 1.5-5.0 - pepsinë; tripsina, kimotripsina, karboksipeptidazat - në duodenum; dipeptidazat, tripeptidazat dhe aminopeptidazat - në zorrën e hollë, në një pH prej 8.6.

Karakterizimi i lidhjes peptide... Lidhja peptide është e sheshtë (koplanare). Lidhje C-N ngjan me një lidhje të dyfishtë (rrotullimi është i pamundur) për shkak të p, π - konjugimit (lidhja e një palë të lirë elektronesh të një atomi me π -elektrone të një lidhjeje të dyfishtë C = O).

Sekuenca e aminoacideve në strukturën parësore të proteinës është Karakteristikat specifike të specieve të kësaj proteine.

Struktura primare e proteinave të përcaktuara dhe riprodhuara gjenetikisht në proceset e transkriptimit dhe përkthimit.

Struktura kryesore e proteinave është bazë për formimin e strukturave të mëvonshme të proteinave për shkak të ndërveprimit të radikalëve të mbetjeve të aminoacideve të zinxhirit polipeptidik.

Zëvendësimi i një aminoacidi të serisë L me një aminoacid të serisë D ose zëvendësimi i një aminoacidi L me një tjetër mund të çojë në zhdukje të plotë aktiviteti biologjik peptid.

Peptide fiziologjikisht aktive përmbajnë nga 3 deri në 100 mbetje aminoacidesh (MW nën 6000 Da). Ndryshe nga proteinat, polipeptidet mund të përmbajnë aminoacide proteinogjene jo-proteinogjene ose të modifikuara. Shembuj:

1. Bradykinin dhe kallidin shkaktojnë relaksim të muskujve të lëmuar dhe janë produkte të proteolizës së 2 -globulinave specifike në plazmë, prandaj këto peptide përmbajnë vetëm aminoacide proteinogjene:

bradykinin: arg-pro-pro-gly-phen-ser-pro-phen-arg;

kallidin: Liz-arg-pro-pro-gli-fen-ser-pro-fen-arg.

2. Glutathione (γ-glu-cis-gly) gjendet në të gjitha qelizat. Shtë e nevojshme për transportin e aminoacideve nëpër membrana, për punën e një numri enzimash. Mban lidhje disulfide, përmban një lidhje peptide atipike kur glutamati lidhet me cisteinën jo përmes grupit α-amino.

Polimorfizmi i proteinave- kjo është ekzistenca e së njëjtës proteinë në disa forma molekulare që ndryshojnë në strukturën parësore, fizike vetitë kimike dhe manifestimet e aktivitetit biologjik.



Shkaqet e polimorfizmit të proteinave janë rikombinimet dhe mutacionet e gjeneve. Izoproteinat janë forma të shumta molekulare të një proteine ​​që gjenden brenda organizmave të së njëjtës specie biologjike si rezultat i pranisë së më shumë se një gjeni strukturor në grupin e gjeneve të një specie. Gjenet e shumëfishta mund të përfaqësohen si alele të shumta ose lokuse të shumta gjenesh.

Shembuj të polimorfizmit të proteinave.

1. Polimorfizmi i proteinave në filogjenezë - ekzistenca e proteinave homologe në specie të ndryshme. Në këto proteina, rajonet e strukturës parësore që janë përgjegjëse për funksionin e tyre mbeten të ruajtura (të pandryshuara). Për të zëvendësuar proteinat e humbura në trupin e njeriut, përdoren proteina homologe të kafshëve, në strukturën parësore të të cilave ka dallime minimale (insulinë nga gjedhi, derri, balena e spermës).

2. Polimorfizmi i proteinave në ontogjenezë - ekzistenca e proteinave homologe në pjesë të ndryshme të ciklit jetësor të një organizmi. Fetusi ka hemoglobinë F (hemoglobina fetale, α 2 γ 2, ka një prirje të lartë për oksigjenin). Pas lindjes, ajo zëvendësohet nga hemoglobina A1 (a 2 b 2).

3. Polimorfizmi i indeve të proteinave. E njëjta enzimë në qeliza të ndryshme katalizon të njëjtin reagim, por ka dallime në strukturën parësore - izozimet. Përcaktimi i izoenzimave në gjak ndihmon për të diagnostikuar dëmtimin e një indi specifik.

4. Polimorfizmi i proteinave në patologji. Konsideroni shembullin e formave të shumta të mutacioneve të trashëguara. Në këtë rast, zëvendësimi i një aminoacidi acid me një bazë ose neutral ndodh më shpesh:

në HbC, zëvendësimi i glu 6 në zinxhirin β me lizë;

në HbE, zëvendësimi i Glu 26 në zinxhirin β me lizë;

në HbI, zëvendësimi i lys 16 në zinxhirin β me asp;

në HbS, zëvendësimi i glo 6 në zinxhirin β nga një bosht.

Në rastin e fundit, shfaqet një sëmundje e tillë si anemia e qelizës drapër. Hemoglobinat jonormale ndryshojnë nga normalet në sasinë e ngarkesës dhe lëvizshmërinë elektroforetike. Ndryshimet fiziko -kimike në hemoglobinat shoqërohen me dëmtim të transportit të oksigjenit.

Struktura sekondare e proteinave- organizimi i rregullt i zinxhirit polipeptid, i stabilizuar nga lidhjet e hidrogjenit. Lidhjet hidrogjenore formohen midis grupeve NH dhe CO të lidhjeve peptide. Bëni dallimin midis a-spirales, strukturës b dhe konformacionit të çrregullt (spirale).

a-Spirale. Përdredhja e zinxhirit polipeptid është në drejtim të akrepave të orës (spirale me dorën e djathtë), e cila është për shkak të strukturës së L-aminoacideve. Ekzistojnë 3.6 mbetje të aminoacideve për çdo kthesë (hap) të spirales. Hapi i spirales është 0.54 nm, me 0.15 nm për mbetje të aminoacideve. Këndi i ngjitjes së spirales është 26 0. çdo 5 kthesa të spirales (18 mbetje të aminoacideve), struktura e zinxhirit polipeptidik përsëritet. Lidhjet e hidrogjenit janë paralele me boshtin e spirales dhe lindin midis çdo mbetje të parë dhe të pestë të aminoacideve. Formimi i një spirale parandalohet nga prolina dhe aminoacidet me radikalë të rëndë dhe të ngarkuar.

Β-Struktura. Në proteinat fibrilare, dy ose më shumë zinxhirë polipeptidikë linearë janë të lidhur ngushtë me lidhje hidrogjeni pingul me boshtin e molekulës (shtresa b e palosur). Nëse dy zinxhirë polipeptidikë që shkojnë në të njëjtin drejtim nga N- në C-terminus janë të lidhur me lidhje hidrogjenore ndër-zinxhir, atëherë kjo është një strukturë paralele β. Nëse skajet N dhe C të zinxhirëve janë të kundërt, atëherë kjo është një strukturë antiparalele b. Nëse një zinxhir polipeptid përkulet dhe shkon paralel me vetveten, atëherë kjo është një β-strukturë antiparalele β. Pikat e përkuljes së zinxhirit përcaktohen nga pro, gli, asn-b-bend.

Konformimi i çrregulluar. Zonat e një molekule proteine ​​që nuk i përkasin strukturave spirale ose të palosura quhen të çrregulluara. Në një paraqitje grafike, pjesët spirale përshkruhen si një cilindër, dhe strukturat e palosura - me një shigjetë. Dallohet koncepti i një strukture supra-sekondare, e cila është një alternim i rregullt i seksioneve a-spirale dhe strukturave b.

Struktura terciare- konformimi i zinxhirit polipeptidik në tërësi (dmth. vendndodhja në hapësirën tre-dimensionale). Struktura terciare stabilizohet nga lidhjet dhe ndërveprimet midis radikaleve të mbetjeve të aminoacideve të zinxhirit polipeptidik: lidhjet kovalente - disulfide, si dhe lidhjet hidrogjenike, jonike dhe ndërveprimet hidrofobike. Llojet e proteinave me një strukturë terciare:

proteinat, të cilat dominohen nga rajone a-spirale, kanë formën e globulave (proteina globulare) dhe kryejnë funksionet dinamike;

proteinat, në të cilat mbizotërojnë strukturat e shtresës b të palosur, kanë një formë filamentoze (proteina fibilare) dhe kryejnë funksione strukturore;

kolagjeni është proteina më e bollshme në botën shtazore (deri në 25% të të gjitha proteinave të trupit), ka një strukturë të veçantë. Molekula e kolagjenit (tropokollagjenit) është e ndërtuar nga tre zinxhirë polipeptidikë. Çdo zinxhir polipeptidik përmban rreth 1000 mbetje aminoacidesh (35% glicinë, 21% prolinë dhe hidroksiprolinë, 11% alaninë). Çdo zinxhir polipeptidik ka një konformacion të shtrënguar të spirales (3 mbetje të aminoacideve për kthesë). Në molekulën e tropokolagjenit, të tre heliket ndërthuren me njëra -tjetrën, duke formuar një pako. Lidhjet hidrogjenore formohen midis spiraleve për shkak të grupeve peptide. Kjo strukturë siguron forcën e fibrave të kolagjenit.

Struktura e proteinave vendase.

Shumë proteina në strukturën terciare janë mbështjellë, palosur dhe çrregulluar segmente. Në të njëjtën kohë, në aspektin funksional dhe strukturor, është e rëndësishme aranzhim reciprok radikalet e aminoacideve. Termat e mëposhtëm përdoren:

domene – zona anatomikisht të dalluara të strukturës terciare të një proteine ​​përgjegjëse për kryerjen e një funksioni specifik të proteinës;

xhepa hidrofobikë – zgavrat në strukturën terciare, të veshura me radikalë të aminoacideve hidrofobike; shërbejnë për zhytjen e ligandëve hidrofobikë në një molekulë proteine;

grumbuj hidrofobikë – zona të sipërfaqes së proteinave ku janë të përqendruar radikalet e aminoacideve hidrofobike; shërbejnë për të bashkëvepruar me grupimet hidrofobike të molekulave të tjera.

Për të kryer një funksion, një proteinë duhet të ketë një strukturë të përcaktuar dhe shpesh vetëm terciare (konformacion) - strukturë amtare.

Ajo shkaktohet nga bashkëveprimi i mbetjeve të aminoacideve që janë shumë larg njëri -tjetrit në një sekuencë lineare. Faktorët e mirëmbajtjes:

    lidhje hidrogjeni

    ndërveprimet hidrofobike (të nevojshme për strukturën dhe funksionet biologjike të proteinës)

    ura disulfide dhe kripe

    lidhjet jonike dhe van der Waals.

Në shumicën e proteinave, sipërfaqja e molekulave përmban mbetje të radikalëve të aminoacideve me veti hidrofile. HC - radikalët që janë hidrofobikë dhe të vendosur brenda molekulave. Kjo shpërndarje është e rëndësishme në formimin e strukturës vendase dhe vetive të proteinës.

Si rezultat, proteinat kanë një guaskë hidratimi, dhe stabilizimi i strukturës terciare është kryesisht për shkak të ndërveprimeve hidrofobike. Për shembull, 25-30% e mbetjeve të aminoacideve në molekulat e globulinës kanë radikale të theksuara hidrofobike, 45-50% përmbajnë grupe radikale jonike dhe polare.

Zinxhirët anësorë të mbetjeve të aminoacideve që janë përgjegjës për strukturën e proteinave dallohen nga madhësia, forma, ngarkesa dhe aftësia për të formuar lidhje hidrogjeni, si dhe nga reaktiviteti kimik:

    zinxhirët anësorë alifatikë si valina, alanina. Janë këto mbetje që formojnë ndërveprime hidrofobike.

    hidroksiluar alifatik (seri, threonine). Këto mbetje të aminoacideve përfshihen në formimin e lidhjeve të hidrogjenit, si dhe estere, për shembull, me acid sulfurik.

    aromatike - këto janë mbetjet e fenilalaninës, tirozinës, triptofanit.

    mbetjet e aminoacideve me vetitë themelore (lizinë, argininë, histidinë). Mbizotërimi i aminoacideve të tilla në zinxhirin polipeptid i jep proteinave vetitë themelore.

    mbetje me veti acidike (acide aspartike dhe glutamike)

    amide (asparagine, glutamine)

Proteinat që përmbajnë disa zinxhirë polipeptidikë kanë një strukturë kuaternare. Kjo i referohet mënyrës së vendosjes së zinxhirëve në lidhje me njëri -tjetrin. Këto enzima quhen nënnjësi. Aktualisht, është zakon të përdoret termi "domain", i cili tregon një njësi globulare kompakte të një molekule proteine. Shumë proteina përbëhen nga disa njësi të tilla me një masë prej 10 deri në 20 kDa. Në proteinat me peshë të madhe molekulare, fushat individuale janë të lidhura nga rajone relativisht fleksibël të PCP. Në trupin e kafshëve dhe njerëzve, ka organizata edhe më komplekse strukturore të proteinave, një shembull i të cilave mund të jenë sistemet multienzimatike, në veçanti, kompleksi pirruvat dekarboksilazë.

Koncepti i proteinave vendase

Në vlera të caktuara të pH dhe temperaturës, PCP zakonisht ka vetëm një konformacion, i cili quhet vendas dhe në të cilin proteina në trup kryen funksionin e saj specifik. Pothuajse gjithmonë, ky konformim i vetëm mbizotëron energjikisht mbi dhjetëra e qindra variante të konformacioneve të tjera.

Klasifikimi. Karakteristikat biologjike dhe kimike të proteinave

Nuk ka një klasifikim të kënaqshëm të proteinave, ato klasifikohen në mënyrë konvencionale sipas strukturës së tyre hapësinore, tretshmërisë, funksioneve biologjike, vetive fiziko -kimike dhe karakteristikave të tjera.

1. Për sa i përket strukturës dhe formës së molekulave, proteinat ndahen në:

    globulare (sferike)

    fibrilare (filamentoze)

2. përbërja kimike ndahet në:

Ato të thjeshta që përbëhen vetëm nga mbetjet e aminoacideve

Kompleks, ato përmbajnë komponime jo proteinike në molekulë. Klasifikimi i proteinave komplekse bazohet në natyrën kimike të përbërësve jo proteinikë.

Një nga llojet kryesore të klasifikimit:

Z. sipas funksioneve biologjike të kryera:

Katalizë enzimatike. Në sistemet biologjike, të gjitha reaksionet kimike katalizohen nga proteina, enzima specifike. Më shumë se 2000 të njohura

enzimat. Enzimat janë biokatalizatorë të fuqishëm që përshpejtojnë reagimin të paktën 1 milion herë.

Transporti dhe akumulimi

Transferimi i shumë molekulave të vogla dhe joneve të ndryshme shpesh kryhet nga proteina specifike, për shembull, hemoglobina, mioglobina, të cilat mbajnë oksigjen. Shembull akumulimi: Ferritina grumbullohet në mëlçi.

lëvizje e koordinuar. Proteinat janë përbërësi kryesor i muskujve kontraktues (fibrat e aktinës dhe miozinës). Lëvizja në nivel mikroskopik është ndarja e kromozomeve gjatë mitozës, lëvizja e spermatozoideve për shkak të flagellave.

    mbështetje mekanike. Elasticiteti i lartë i lëkurës dhe kockave është për shkak të pranisë së një proteine ​​fibrilare - kolagjenit.

    mbrojtje imune. Antitrupat janë proteina shumë specifike që mund të njohin dhe lidhin viruset, bakteret dhe qelizat e organizmave të tjerë.

Gjenerimi dhe transmetimi i impulseve. Përgjigja e qelizave nervore ndaj impulseve ndërmjetësohet nga proteinat receptore

rregullimi i rritjes dhe diferencimit. Rregullimi i rreptë i sekuencës së shprehjes së informacionit gjenetik është i nevojshëm për rritjen e diferencimit të qelizave. Në çdo kohë gjatë jetës së një organizmi, vetëm një pjesë e vogël e gjenomit të qelizës shprehet. Për shembull, nën veprimin e një kompleksi proteinik specifik, një rrjet neuronesh formohet në organizmat më të lartë.

Funksionet e tjera të peptideve dhe proteinave përfshijnë ato hormonale. Pasi njerëzit mësuan të sintetizojnë peptidet hormonale, ata filluan të kenë një rëndësi jashtëzakonisht të rëndësishme biomjekësore. Peptidet janë antibiotikë të ndryshëm si valinomicina, ilaçe antikancerogjene. Për më tepër, proteinat kryejnë funksionet e mbrojtjes mekanike (keratina e flokëve ose formacionet mukoze që rreshtojnë traktin gastrointestinal ose zgavrën me gojë).

Manifestimi kryesor i ekzistencës së çdo organizmi të gjallë është riprodhimi i llojit të tyre. Në fund të fundit, informacioni trashëgues është kodimi i sekuencës së aminoacideve të të gjitha proteinave në trup. Toksinat e proteinave ndikojnë në shëndetin e njeriut.

Pesha molekulare e proteinave matet në daltonë (Da) - është një njësi e masës që është pothuajse e barabartë me masën e hidrogjenit (-1,000). Termi dalton dhe pesha molekulare futen në mënyrë të ndërsjellë. Mr i shumicës së proteinave varion nga 10 në 100,000.

Oriz. 3.9 Struktura terciare e laktoglobulinës-një proteinë tipike a / p (sipas PDB-200I) (Brownlow, S., Marais Cabral, JH, Cooper, R., Flower, DR, Yewdall, SJ, Polikarpov, I., North, AC, Sawyer, L.: Struktura, 5, f. 481.1997)

Struktura hapësinore nuk varet nga gjatësia e zinxhirit polipeptid, por nga sekuenca e mbetjeve të aminoacideve specifike për secilën proteinë, si dhe nga radikalet anësore karakteristike të aminoacideve përkatëse. Struktura tre-dimensionale hapësinore ose konformacioni i makromolekulave të proteinave formohet kryesisht nga lidhjet e hidrogjenit, si dhe ndërveprimet hidrofobike midis radikaleve anësore jo polare të aminoacideve. Lidhjet e hidrogjenit luajnë një rol të madh në formimin dhe mirëmbajtjen e strukturës hapësinore të makromolekulës së proteinave. Një lidhje hidrogjeni formohet midis dy atomeve elektronegativë përmes një protoni hidrogjeni të lidhur në mënyrë kovalente me njërin prej këtyre atomeve. Kur një elektron i vetëm i një atomi hidrogjeni merr pjesë në formimin e një çifti elektronesh, protoni tërhiqet nga atomi fqinj, duke formuar një lidhje hidrogjeni. Një parakusht për formimin e një lidhje hidrogjeni është prania e të paktën një çifti elektronesh të lirë nga një atom elektronegativ. Sa i përket ndërveprimeve hidrofobike, ato lindin si rezultat i kontaktit midis radikalëve jo polarë që nuk janë në gjendje të prishin lidhjet e hidrogjenit midis molekulave të ujit, e cila zhvendoset në sipërfaqen e globulës së proteinave. Ndërsa proteina sintetizohet, grupet kimike jo polare mblidhen brenda globit, dhe ato polare zhvendosen në sipërfaqen e saj. Kështu, një molekulë proteine ​​mund të jetë neutrale, e ngarkuar pozitivisht ose negativisht, në varësi të pH të tretësit dhe grupeve jonogjene në proteinë. Ndërveprimet e dobëta përfshijnë gjithashtu lidhje jonike dhe ndërveprimet e van der Waals. Për më tepër, konformimi i proteinave ruhet nga kovalente Lidhjet S-S formohet midis dy mbetjeve të cisteinës. Si rezultat i ndërveprimeve hidrofobike dhe hidrofile, një molekulë proteine ​​merr spontanisht një ose më shumë nga konformimet më termodinamikisht të favorshme, dhe nëse, si rezultat i ndonjë ndikimi të jashtëm, konformacioni vendas është i shqetësuar, restaurimi i tij i plotë ose pothuajse i plotë është i mundur. Kjo u tregua për herë të parë nga K. Anfinsen duke përdorur ribonukleazën e proteinave katalitikisht aktive si shembull. Doli se kur ekspozohet ndaj ure ose p-mercaptoethanol, konformiteti i tij ndryshon dhe, si pasojë, një rënie e mprehtë e aktivitetit katalitik. Heqja e ure çon në kalimin e konformacionit të proteinave në gjendjen e tij origjinale dhe aktiviteti katalitik rikthehet.

Kështu, konformimi i proteinave është një strukturë tre-dimensionale, dhe si rezultat i formimit të tij, shumë atome të vendosur në zona të largëta të zinxhirit polipeptidik i afrohen njëri-tjetrit dhe, duke vepruar mbi njëri-tjetrin, fitojnë veti të reja që mungojnë në aminoacidet individuale acide ose polipeptide të vogla. Kjo është e ashtuquajtura struktura terciare, e karakterizuar nga orientimi i zinxhirëve polipeptidikë në hapësirë ​​(Fig. 3.9). Struktura terciare e proteinave globulare dhe fibrilare ndryshon dukshëm nga njëra -tjetra. Forma e miratuar e një molekule proteine ​​karakterizohet nga një tregues i tillë si shkalla e asimetrisë (raporti i boshtit të gjatë të molekulës me atë të shkurtër). Në proteinat globulare, shkalla e asimetrisë është 3-5, ndërsa për proteinat fibrilare, kjo vlerë është shumë më e lartë (nga 80 në 150).

Atëherë, si transformohen strukturat parësore dhe dytësore të shpalosura në një formë të shembur, shumë të qëndrueshme? Llogaritjet tregojnë se numri i kombinimeve teorikisht të mundshme të formimit të strukturave tre-dimensionale të proteinave është jashtëzakonisht më i madh se ato që ekzistojnë në të vërtetë në natyrë. Me sa duket, format më të favorshme energjikisht janë faktori kryesor i stabilitetit konformues.

Hipoteza e globit të shkrirë. Një nga mënyrat për të studiuar palosjen e një zinxhiri polipeptidik në një strukturë tre-dimensionale është denatyrimi dhe ringjallja pasuese e një molekule proteine.

Eksperimentet e K. Anfinsen me ribonukleazën tregojnë pa mëdyshje mundësinë e montimit pikërisht të asaj strukture hapësinore që u shqetësua si rezultat i denatyrimit (Fig. 3.10).

Në këtë rast, restaurimi i konformitetit vendas nuk kërkon ndonjë strukturë shtesë. Cilat modele të palosjes së zinxhirit polipeptid në konformacionin përkatës janë më të mundshmet? Një nga hipotezat më të përhapura të vetë-organizimit të proteinave është hipoteza e globulit të shkrirë. Brenda kuadrit të këtij koncepti, dallohen disa faza të vetë-montimit të proteinave.

  • 1. Në zinxhirin polipeptid të shpalosur, me ndihmën e lidhjeve hidrogjenike dhe ndërveprimeve hidrofobike, formohen seksione të veçanta të strukturës sekondare, të cilat shërbejnë si fara për formimin e strukturave të plota dytësore dhe supersekondare.
  • 2. Kur numri i këtyre vendeve arrin një vlerë të caktuar pragu, ka një riorientim të radikalëve anësorë dhe kalimin e zinxhirit polipeptidik në një formë të re, më kompakte, dhe numrin e lidhjeve jo kovalente

Oriz. 3.10.

rritet ndjeshëm. Një tipar karakteristik i kësaj faze është formimi i kontakteve specifike midis atomeve të vendosura në rajone të largëta të zinxhirit polipeptid, por të gjetur të jenë të afërt si rezultat i formimit të një strukture terciare.

3. Në fazën e fundit, formohet konformacioni vendas i molekulës së proteinave, i lidhur me mbylljen e lidhjeve disulfide dhe stabilizimin përfundimtar të konformacionit të proteinave. Alsoshtë gjithashtu e mundur që grumbullimi jospecifik të jetë palosur pjesërisht.

zinxhirë polipstide, të cilët mund të klasifikohen si gabime në formimin e proteinave vendase. Zinxhiri polipeptid i palosur pjesërisht (hapi 2) quhet një globul i shkrirë, dhe skena 3 është më e ngadalta në formimin e një proteine ​​të pjekur.

Ne fig 3.11 tregon një variant të formimit të një makromolekule proteine ​​të koduar nga një gjen. Dihet, megjithatë, se një numër i proteinave me një domen

Oriz. 3.11.

(sipas NK Nagradova) struktura formohet si rezultat i dyfishimit të gjeneve, dhe formimi i kontakteve midis fushave të veçanta kërkon përpjekje shtesë. Doli se qelizat kanë mekanizma të veçantë për rregullimin e palosjes së proteinave të reja të sintetizuara. Aktualisht, janë zbuluar dy enzima që përfshihen në zbatimin e këtyre mekanizmave. Një nga reagimet e ngadalta të fazës së tretë të palosjes së zinxhirit polipeptid është *

Oriz. 3.12.

Për më tepër, qelizat përmbajnë një numër proteinash katalitikisht joaktive, të cilat megjithatë japin një kontribut të madh në formimin e strukturave hapësinore të proteinave. Këto janë të ashtuquajturat chaperones dhe chaperonins (Fig. 3.12). Një nga zbuluesit e kaperoneve molekulare, L. Ellis, i quan ato një klasë funksionale të familjeve të proteinave të palidhura që ndihmojnë në montimin e saktë jo-kovalent të strukturave të tjera që përmbajnë polipeptide in vivo, por që nuk janë pjesë e strukturave të grumbulluara dhe nuk përfshihen në zbatimin e funksioneve të tyre normale fiziologjike.

Chaperones ndihmojnë në montimin e saktë të konformacionit tridimensional të proteinave duke formuar komplekse jo-kovalente të kthyeshme me një zinxhir polipeptidesh të palosur pjesërisht, ndërsa njëkohësisht pengojnë lidhjet e keqformuara që çojnë në formimin e strukturave proteinike funksionale joaktive. Lista e funksioneve të qenësishme në kaperonët përfshin mbrojtjen e globulave të shkrira nga grumbullimi, si dhe transferimin e proteinave të reja të sintetizuara në lokacione të ndryshme qelizore. Chaperones janë kryesisht proteina të goditjes nga nxehtësia, sinteza e të cilave është rritur ndjeshëm nën ekspozimin ndaj temperaturës së stresit, prandaj ato quhen edhe hsp (proteina të goditjes nga nxehtësia). Familjet e këtyre proteinave gjenden në qelizat mikrobike, bimore dhe shtazore. Klasifikimi i priftërinjve bazohet në ato peshë molekulare, e cila varion nga 10 në 90 kDa. Në thelb, funksionet e chaperones dhe chaperonins ndryshojnë, megjithëse të dyja janë proteina që ndihmojnë në formimin e strukturës tre-dimensionale të proteinave. Chaperones mbajnë zinxhirin polipeptidik të sintetizuar rishtas në një gjendje të shpalosur, duke e parandaluar atë të paloset në një formë të ndryshme nga ajo vendase, dhe chaperonins sigurojnë kushtet për formimin e strukturës së vetme të saktë, proteinike amtare (Fig. 3.13).

Oriz. 3.13.

Chaperones / janë të lidhura me një zinxhir polipeptidik të panumërt që zbret nga ribozomi. Pas formimit të zinxhirit polipeptidik dhe lirimit të tij nga ribozomi, kaperonët lidhen me të dhe parandalojnë grumbullimin 2. Pas palosjes në citoplazmë, proteinat ndahen nga chaperone dhe transferohen në chaperonin përkatëse, ku ndodh formimi përfundimtar i strukturës terciare. 3. Me ndihmën e chaperone citosolike, proteinat lëvizin në membranën e jashtme të mitokondrive, ku kaperoni mitokondrial i tërheq ato në mitokondri dhe i "transferon" ato në chaperonin mitokondriale, ku ndodh palosja. 4, 5 është e ngjashme 4 , por në lidhje me retikulumin endoplazmatik.

Struktura terciare e një proteine ​​është mënyra se si një zinxhir polipeptidik paloset në hapësirën tre-dimensionale. Ky konformim lind për shkak të formimit të lidhjeve kimike midis radikaleve të aminoacideve që janë larg njëri -tjetrit. Ky proces kryhet me pjesëmarrjen e mekanizmave molekularë të qelizës dhe luan një rol të madh në dhënien e aktivitetit funksional proteinave.

Karakteristikat e strukturës terciare

Llojet e mëposhtme të ndërveprimeve kimike janë karakteristike për strukturën terciare të proteinave:

  • jonike;
  • hidrogjen;
  • hidrofobike;
  • van der Waals;
  • disulfid

Të gjitha këto lidhje (përveç lidhjes disulfide kovalente) janë shumë të dobëta, por për shkak të sasisë ato stabilizojnë formën hapësinore të molekulës.

Në fakt, niveli i tretë i palosjes së zinxhirëve polipeptidikë është një kombinim i elementeve të ndryshëm të strukturës dytësore (α-spirale; shtresa dhe sythe të palosura β), të cilat janë të orientuara në hapësirë ​​për shkak të ndërveprimeve kimike midis radikaleve anësore të aminoacideve. Për përcaktimin skematik të strukturës terciare të një proteine, α-spirale shënohen me cilindra ose vija të përdredhura spirale, shtresa të palosura me shigjeta dhe sythe me vija të thjeshta.

Natyra e konformacionit terciar përcaktohet nga sekuenca e aminoacideve në zinxhir; prandaj, dy molekula me të njëjtën strukturë parësore në kushte të barabarta do të korrespondojnë me të njëjtin variant të palosjes hapësinore. Ky konformim siguron aktivitetin funksional të proteinës dhe quhet vendas.

Në procesin e palosjes së molekulës së proteinave, përbërësit e qendrës aktive afrohen me njëri -tjetrin, të cilat në strukturën parësore mund të hiqen ndjeshëm nga njëri -tjetri.

Për proteinat me një fije, struktura terciare është forma përfundimtare funksionale. Proteinat komplekse me shumë nën-njësi formojnë një strukturë kuaternare, e cila karakterizon rregullimin e disa zinxhirëve në lidhje me njëri-tjetrin.

Karakterizimi i lidhjeve kimike në strukturën terciare të një proteine

Palosja e zinxhirit polipeptid është kryesisht për shkak të raportit të radikalëve hidrofilikë dhe hidrofobikë. Të parët priren të ndërveprojnë me hidrogjenin (një element përbërës i ujit) dhe për këtë arsye janë në sipërfaqe, ndërsa zonat hidrofobike, përkundrazi, nxitojnë në qendër të molekulës. Ky konformim është energjikisht më i favorshëm. Si rezultat, formohet një globulë me një bërthamë hidrofobike.

Radikalët hidrofilikë, të cilët megjithatë bien në qendër të molekulës, ndërveprojnë me njëri -tjetrin për të formuar lidhje jonike ose hidrogjenike. Lidhjet jonike mund të lindin midis radikaleve të aminoacideve të ngarkuara në kundërshtim, të cilat janë:

  • grupet kationike të argininës, lizinës ose histidinës (kanë ngarkesë pozitive);
  • grupet karboksil të radikaleve të acidit glutamik dhe aspartik (kanë një ngarkesë negative).

Lidhjet hidrogjenore formohen nga bashkëveprimi i grupeve të pa ngarkuara (OH, SH, CONH 2) dhe grupeve hidrofile të ngarkuara. Lidhjet kovalente (më të fortat në konformitetin terciar) lindin midis grupeve SH të mbetjeve të cisteinës, duke formuar të ashtuquajturat ura disulfide. Në mënyrë tipike, këto grupe janë larg njëri -tjetrit në një zinxhir linear dhe afrohen vetëm gjatë procesit të grumbullimit. Lidhjet disulfide nuk janë tipike për shumicën e proteinave ndërqelizore.

Qëndrueshmëria konformuese

Meqenëse lidhjet që formojnë strukturën terciare të proteinës janë shumë të dobëta, lëvizja Brownian e atomeve në zinxhirin e aminoacideve mund të çojë në thyerjen dhe formimin e tyre në vende të reja. Kjo çon në një ndryshim të lehtë në formën hapësinore të rajoneve të veçanta të molekulës, por nuk shkel konformitetin vendas të proteinës. Ky fenomen quhet labilitet konformues. Kjo e fundit luan një rol të madh në fiziologjinë e proceseve qelizore.

Konformimi i një proteine ​​ndikohet nga ndërveprimet e saj me molekulat e tjera ose ndryshimet në parametrat fiziko -kimikë të mjedisit.

Si formohet struktura terciare e një proteine

Procesi i palosjes së një proteine ​​në formën e saj amtare quhet palosje. Ky fenomen bazohet në dëshirën e molekulës për të pranuar konformimin me vlerën minimale të energjisë së lirë.

Asnjë proteinë nuk ka nevojë për ndërmjetësues instruktorë për të përcaktuar strukturën terciare. Modeli i palosjes fillimisht "shkruhet" në sekuencën e aminoacideve.

Sidoqoftë, në kushte normale, do të duheshin më shumë se një trilion vjet që një molekulë e madhe proteine ​​të marrë konformitetin e saj vendas sipas strukturës së saj parësore. Sidoqoftë, në një qelizë të gjallë, ky proces zgjat vetëm disa dhjetëra minuta. Një reduktim i tillë i rëndësishëm në kohë sigurohet nga pjesëmarrja e proteinave ndihmëse të specializuara, foldazave dhe kaperoneve, në palosje.

Palosja e molekulave të vogla të proteinave (deri në 100 aminoacide në një zinxhir) ndodh mjaft shpejt dhe pa pjesëmarrjen e ndërmjetësve, siç tregohet nga eksperimentet in vitro.

Faktorët palosës

Proteinat ndihmëse të përfshira në palosjen ndahen në dy grupe:

  • foldazat - kanë aktivitet katalitik, kërkohen në një sasi dukshëm më të ulët se përqendrimi i substratit (si enzimat e tjera);
  • chaperones - proteina me mekanizma të ndryshëm veprimi, nevojiten në një përqendrim të krahasueshëm me sasinë e substratit të palosur.

Të dy llojet e faktorëve janë të përfshirë në palosjen, por nuk janë pjesë e produktit përfundimtar.

Grupi foldase përfaqësohet nga 2 enzima:

  • Proteina disulfide izomerazë (PDI) - kontrollon formimin e saktë të lidhjeve disulfide në proteina me një numër të madh të mbetjeve të cisteinës. Ky funksion është shumë i rëndësishëm, pasi ndërveprimet kovalente janë shumë të forta, dhe në rast të lidhjeve të gabuara, proteina nuk mund të rirregullojë në mënyrë të pavarur dhe të marrë konformacionin vendas.
  • Peptidyl-prolyl-cis-trans-isomerase-siguron një ndryshim në konfigurimin e radikalëve të vendosur në anët e prolinës, gjë që ndryshon natyrën e kthesës së zinxhirit polipeptid në këtë vend.

Kështu, foldazat luajnë një rol korrigjues në formimin e konformacionit terciar të molekulës së proteinave.

Chaperones

Chaperones ndryshe quhen ose stres. Kjo është për shkak të një rritje të konsiderueshme të sekretimit të tyre me efekte negative në qelizë (temperatura, rrezatimi, metalet e rënda, etj.).

Chaperones i përkasin tre familjeve të proteinave: hsp60, hsp70 dhe hsp90. Këto proteina kryejnë shumë funksione, duke përfshirë:

  • mbrojtja e proteinave nga denatyrimi;
  • përjashtimi i ndërveprimit të proteinave të sintetizuara rishtas me njëra -tjetrën;
  • parandalimi i formimit të lidhjeve të dobëta të dobëta midis radikalëve dhe labializimit të tyre (korrigjim).

Kështu, kaperonët kontribuojnë në përvetësimin e shpejtë të një konformacioni energjikisht të saktë, duke përjashtuar numërimin aksidental të shumë opsioneve dhe mbrojtjen e molekulave të proteinave ende të pjekura nga ndërveprimi i panevojshëm me njëri -tjetrin. Për më tepër, kapitelët ofrojnë:

  • disa lloje të transportit të proteinave;
  • kontrolli i palosjes (restaurimi i strukturës terciare pas humbjes së saj);
  • ruajtja e gjendjes së palosjes së papërfunduar (për disa proteina).

Në rastin e fundit, molekula chaperone mbetet e lidhur me proteinën pas përfundimit të procesit të palosjes.

Denaturimi

Shkelja e strukturës terciare të një proteine ​​nën ndikimin e ndonjë faktori quhet denatyrim. Humbja e konformacionit vendas ndodh kur një numër i madh i lidhjeve të dobëta që stabilizojnë molekulën shkatërrohen. Në këtë rast, proteina humbet funksionin e saj specifik, por ruan strukturën e saj parësore (lidhjet peptide nuk shkatërrohen gjatë denatyrimit).

Gjatë denatyrimit, ndodh një rritje hapësinore në molekulën e proteinave dhe rajonet hidrofobike përsëri dalin në sipërfaqe. Zinxhiri polipeptidik merr konformitetin e një spirale të çrregulluar, forma e së cilës varet nga lidhjet e strukturës terciare të proteinës. Në këtë formë, molekula është më e ndjeshme ndaj veprimit të enzimave proteolitike.

Faktorët që prishin strukturën terciare

Ekzistojnë një numër efektesh fizike dhe kimike që mund të shkaktojnë çnatyrim. Kjo perfshin:

  • temperatura mbi 50 gradë;
  • rrezatimi;
  • ndryshimi i pH të mjedisit;
  • kripërat e metaleve të rënda;
  • disa komponimet organike;
  • detergjentë.

Pas përfundimit të efektit denatyrues, proteina mund të rivendosë strukturën terciare. Ky proces quhet renaturim ose palosje. In vitro, kjo është e mundur vetëm për proteina të vogla. Në një qelizë të gjallë, kapelët sigurojnë rilindje.