Біохімія 1
План
1. Третинна структура білкових молекул, її різновиди; значення для реалізації біологічних функцій білків
2. Методи визначення активності ферментів. Знати основні принципи кількісного визначення ферментів
3. Молекулярна організація мітохондріального ланцюга біологічного окислення: компоненти ланцюга, їх редокс-потенціали
4. Окислення вищих жирних кислот ( -окислення); роль карні тину в транспорті жирних кислот в мітохондрії. Енергетика -окислення жирних кислот
5. Задача
1. Третинна структура білкових молекул, її різновиди; значення для реалізації біологічних функцій білків
Третинна структура білків являє собою спосіб укладання в тримірному просторі поліпептидного ланцюга з певною вторинною структурою. В утворенні та стабілізації третинної структури беруть участь водневі, іонні, гідрофобні зв'язки та взаємодії.
Залежно від форми та особливостей тримірної просторової організації, виділяють глобулярні та фібрилярні білки.
Глобулярні білки — білки, що мають округлу (кулеподібну, або еліпсоїдну) форму. Відношення довгої та короткої осей молекули в глобулярних білках — від 1:1 до 50:1. Це альбумін сироватки крові, міоглобін м'язів, гемоглобін, більшість ферментних білків.
Глобулярні білки побудовані з одного або декількох зв'язаних дисульфідними місточками поліпептидних ланцюгів, що згорнуті в щільні кулеподібні форми. Модель просторової структурної організації молекули міоглобіну, вперше запропоновану Дж.Кендр'ю (J. Kendrew) в 1958р. на підставі рентгеноструктурного аналізу білкових кристалів, подано на рис. 1.
Рис. 1. Модель третинної структури молекули міоглобіну. Зображено просторове розташування поліпептидного ланцюга, зв'язаного з молекулою гему.
Тримірна організація глобулярних білків утворюється за рахунок просторового згортання поліпептидного ланцюга, окремі частини якого можуть містити -спіралі, - структури та ділянки без упорядкованої структури.
Схему просторової конформації міоглобіну, значна частина поліпептидного ланцюга якого -спіралізована, подано на рис. 2.
Рис. 2. Просторова конформація міоглобіну із зображенням характеру вторинної структури поліпептидного ланцюга.
Третинну структуру глобулярного ферментного білка гексокінази, поліпептидний ланцюг якого утворює як -спіралі, так і складчасті шари, зображено на рис. 3.
Рис. 3. Тримірна організація ферментугексокінази.
На цьому рисунку і на рисунку 2.13 - спіралі умовно зображено у вигляді циліндрів, -структури - у вигляді стрілок (заА.Я. Ніколаєвим, 1989).
Стабілізація компактної глобули реалізується за рахунок водневих таінших слабких зв'язків між бічними радикалами амінокислотних залишків, які фіксують відносно один одного певні частини поліпептидного ланцюга (або ланцюгів, з'єднаних S-S-зв'язками).
Особливістю третинної структури глобулярних білків, що визначає їх важливі фізико-хімічнітабіологічні властивості, є характер розташування полярних та неполярних амінокислотних залишків. У більшості глобулярних білків полярні (гідрофільні) залишки розміщені на поверхні глобули, де вони контактують із водною фазою, тоді як неполярні радикали занурені у внутрішню гідрофобну фазу молекули. Такі особливості будови білкових глобул визначають ступінь їх розчинності, особливості взаємодії з іншими білками та лігандами різної хімічної природи.
Фібрилярні білки — білки, структурною особливістю яких є витягнута форма молекул. Вони схильні до утворення мультимолекулярних ниткоподібних комплексів — фібрил, що складаються з декількох паралельних поліпептидних ланцюгів.
Фібрилярні білки є структурними компонентами сполучної або інших опорних тканин організму. Прикладами структурних фібрилярних білків є колаген — найбільш розповсюджений білок організму людини, що становить до 30 % загальної кількості тканинних білків, еластин сполучної тканини, -кератин опірних тканин, епідермісу шкіри, волосся.
Формування багатьох біологічно важливих фібрилярних білків відбувається шляхом утворення супервторинних (суперспіралізованих) структур, зокрема:
1. Молекули тропоколагену — структурні одиниці колагенових фібрил сполучної тканини. Молекули тропоколагенускладаються з трьох поліпептидних ланцюгів (спіралей колагену), що обвиті один навколо одного за типом тугого джгута. Стабілізація тропоколагену досягається за рахунок водневих зв'язків міжС=О- таМН-групами сусідніх поліпептидних ланцюгів.
2. Білки -кератин — основний тип фібрилярних білків, з яких побудовано зовнішні захисні покриття хребцевих тварин (епідерміс шкіри, волосся, нігті людини; шерсть, пір'я, рогові утворення). -Кератини являють собою мікрофібрили діаметром приблизно 2 нм, побудовані з трьох - спіралізованих поліпептидних ланцюгів (суперспіраль). Окремі мікрофібрили, з'єднані міжланцюговими дисульфідними зв'язками, утворюють структури, подібні до багатожильного канату, що забезпечує міцність волосся та інших тканин, побудованих з -кератинів.
Рис. 4. Модель формування фібрилярних білків з окремих -спіралізованих поліпептидів: а — поліпептидний ланцюг, що являє собою "велику" спіраль, сформовану на основі "малої" - спіралі; в моделі, що зображена, крок "малої" спіралі (1) у 12,5 раза менший від кроку "великої" спіралі (2); б — суперспіраль типу багатожильного каната, побудована із семи -спіралізованих поліпептидів.