Белки: уровни структуры
Первичная и вторичная структура
Последовательность задаёт всё остальное: цепь сворачивается так, чтобы её группы образовали как можно больше выгодных контактов.
Как описать уровни структуры
- Первичная: последовательность (N → C) и дисульфидные мостики.
- Вторичная: α-спираль — водородная связь C=O(i)···H–N(i + 4), 3,6 остатка на виток, 5,4 Å на виток (1,5 Å на остаток); β-слой — водородные связи между соседними вытянутыми тяжами.
- Пролин (нет N–H, жёсткий цикл) и глицин (слишком гибкий) нарушают спираль, но часто встречаются в поворотах.
- Размеры: α-спираль из n остатков — около 1,5·n Å; вытянутая β-цепь — около 3,4 Å на остаток.
Примеры
1. Спираль из 36 остатков — 10 витков длиной 5,4 нм.
2. Коллаген — тройная спираль с повтором Gly-X-Y, где X и Y часто пролин и гидроксипролин (для гидроксилирования нужен витамин C).
errorВодородные связи вторичной структуры — у основной цепи
В α-спирали и β-слое водородные связи образуют группы C=O и N–H пептидного остова, а не боковые цепи; боковые цепи спирали направлены наружу.
edit_noteПопробуйте сами
Сколько витков у α-спирали из 18 остатков?
expand_moreПоказать решение
18 / 3,6 = 5.
Третичная, четвертичная структура и денатурация
Глобула белка похожа на каплю масла в воде: гидрофобные боковые цепи прячутся внутрь, полярные остаются снаружи.
Как объяснить укладку белка
- Гидрофобные боковые цепи (Leu, Ile, Val, Phe) уходят внутрь глобулы, полярные и заряженные — наружу, к воде.
- Третичную структуру держат гидрофобные взаимодействия, солевые мостики (\(\ce{Lys+}\)···\(\ce{Asp-}\)), водородные связи боковых цепей и дисульфиды.
- Четвертичная структура — объединение нескольких цепей (субъединиц) нековалентными силами: гемоглобин — α₂β₂.
- Денатурация рвёт нековалентные связи (и дисульфиды — в присутствии восстановителя); первичная структура остаётся. Мочевина конкурирует за водородные связи, детергент (SDS) — за гидрофобные контакты.
Примеры
1. Опыт Анфинсена: рибонуклеаза в 8 M мочевине с 2-меркаптоэтанолом разворачивается и теряет активность; после удаления реагентов сворачивается обратно и восстанавливает активность.
2. Серповидноклеточная анемия: замена Glu6 → Val в β-цепи гемоглобина — одна замена в первичной структуре заставляет молекулы слипаться.
errorДенатурация — не гидролиз
При денатурации пептидные связи целы: белок теряет форму, но не последовательность. Гидролиз до аминокислот требует кипячения в 6 M HCl.
edit_noteПопробуйте сами
Почему сваренный яичный белок не становится снова жидким после остывания?
expand_moreПоказать решение
Развёрнутые цепи слипаются друг с другом (агрегируют), и правильная укладка уже не восстанавливается.
push_pinГлавное
Первичная структура — последовательность аминокислот (пептидные связи, дисульфиды). Вторичная — регулярные участки, закреплённые водородными связями C=O···H–N основной цепи: α-спираль (правая, 3,6 остатка на виток, шаг 5,4 Å, связь C=O остатка i с N–H остатка i + 4) и β-складчатый слой (параллельный или антипараллельный); пролин и глицин спираль нарушают. Третичная — укладка всей цепи: гидрофобное ядро, солевые мостики, водородные связи боковых цепей, дисульфиды. Четвертичная — ассоциация субъединиц (гемоглобин α₂β₂). Денатурация (нагревание, мочевина, крайние pH, детергенты) разрушает уровни выше первичного; опыт Анфинсена: после удаления мочевины и восстановителя рибонуклеаза сама сворачивается правильно — укладку определяет последовательность. Средняя масса остатка около 110 Да.
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.