ЗВ'ЯЗКУ, ВІДПОВІДАЛЬНІ ЗА ФОРМУВАННЯ СТРУКТУРИ БІЛКА
Первинна структура білків формується в результаті з'єднання L-a-амінокислот пептидними зв'язками. Про це свідчить безліч різних даних, однак найбільш переконливим доказом став хімічний синтез інсуліну і рибонуклеази, здійснений шляхом послідовного з'єднання амінокислот пептидними зв'язками.
Структура більшості білків стабілізується двома класами міцних зв'язків (пептидних і дисульфідних) і трьома класами слабких зв'язків (водневих, гідрофобних і електростатичних, т. Е. Сольових).
Жорсткість пептидного зв'язку
У структурних формулах пептидів зв'язок між карбонільної групою і атомом a-азоту зображується як одинарна, однак насправді цей зв'язок між атомами вуглецю і азоту носить характер частково подвійний зв'язку (рис. 5.1). Вільне обертання навколо неї неможливо, і всі чотири атома на рис.
Мал. 5.1. Резонансна стабілізація пептидного зв'язку надає їй характер частково подвійного зв'язку; цим пояснюється жорсткість зв'язку.
5.1 лежать в одній площині (компланарність). Обертання ж навколо інших зв'язків поліпептидного остова, навпаки, досить вільно. Це положення ілюструє рис. 5.2, де зв'язку, навколо яких можливо вільне обертання, охоплені круглими стрілками, а групи компланарних атомів затінені. Ця Напівжорсткий веде до важливих наслідків, позначається на більш високих рівнях структурної організації білка.
Межцепочечних і внутріцепочечние поперечні дисульфідні зв'язку
Дисульфідний зв'язок утворюється між двома залишками цистеїну і «зшиває» дві ділянки поліпептидного ланцюга (або ланцюгів), яким належать ці залишки.
Мал. 5.2. Параметри повністю витягнутої поліпептидного ланцюга. Чотири атома, розташовані в затінених областях, компланарність і утворюють пептидний зв'язок. У незатінених областях знаходяться атом а-вуглецю, атом а-водню і - R-група відповідної амінокислоти. Навколо зв'язків, що з'єднують а-вуглець з а-азотом і а-КАРБОНІЛИ, можливо вільне обертання (показано стрілками). Таким чином, витягнута поліпептидний ланцюг - це полужесткая структура, в якій дві третини атомів остова (якщо розглядати атоми по групах, що створює пептидний зв'язок) займають один щодо одного фіксоване положення і знаходяться в одній площині. Відстань між сусідніми атомами а-вуглецю 0,36 нм. Показані також інші міжатомні відстані та валентні кути (вони нееквівалентний). (З дозволу, з роботи Pauling L. Corey R. У, Branson Н. R. The structure of proteins. Two hydrogen-bonded helical configurations of the polypeptide chain. Proc. Natl. Acad. Sci. USA .1951: 37: 205 .)
Цей зв'язок залишається стабільною в тих умовах, при яких білок зазвичай денатурує. Обробка білка надмуравьиной кислотою (окисляє зв'язку) або -меркаптоетанолом (відновлює зв'язку з регенерацією двох залишків цистеїну) призводить до поділу поліпептидних ланцюгів, пов'язаних дисульфідними зв'язками; їх первинна структура при цьому не зачіпається (див. рис. 4.10).
Стабілізація поліпептидів межцепочечних і внутріцепочечнимі водневими зв'язками
Водневі зв'язки утворюються 1) між групами, що входять до складу бічних ланцюгів і здатними до формування водневих зв'язків; 2) між атомами азоту і кисню, що належать пептидним групам остова; 3) між полярними залишками, розташованими на поверхні молекули білка, і молекулами води. Всі вони грають важливу роль в стабілізації вторинної, третинної і т.д. структур білка (див. розд. «а-Спіраль» і «Складчастий Р-шар»).
гідрофобні взаємодії
Полярні бічні ланцюги нейтральних амінокислот в білках мають тенденцію до асоціації. Стехіометричні співвідношення при цьому не дотримуються, так що ніяких зв'язків в звичайному сенсі не виникає. Проте ці взаємодії грають важливу роль в підтримці структури білка.
електростатичні зв'язку
Ці сольові зв'язки виникають між різнойменно зарядженими групами, що входять до складу бічних ланцюгів амінокислот. Наприклад, е-аминогруппа лізину при фізіологічних несе заряд а карбоксильная група аспартату або глутамату в складі бокового ланцюга несе заряд - 1. Следователльно, ці групи можуть електростатично взаємодіяти, стабілізуючи структуру білка.
міцність зв'язків
В ході денатурації білків (наприклад, при обробці сечовиною або додецилсульфатом натрію в присутності надлишку іонів і водневі і гідрофобні зв'язку, а також зв'язку електростатичного природи руйнуються, а пептидні і дисульфідні зберігаються.