БИОХИМИЯ - Л. Страйер - 1984

ТОМ 1

ЧАСТЬ I. КОНФОРМАЦИЯ И ДИНАМИКА

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СТРУКТУРЕ И ФУНКЦИИ БЕЛКОВ

Заключение

Белки играют ключевую роль почти во всех биологических процессах. Все ферменты, катализаторы химических реакций в биологических системах, являются белками. Следовательно, белки определяют ход биологических превращений в клетках. Белки участвуют в осуществлении множества других функций, таких, например, как транспорт веществ и их накопление, координированные движения, механическая опора, иммунологическая защита, возбудимость, регуляция роста и дифференцировка.

Основной структурной единицей белков являются аминокислоты. Все белки всех видов живых существ - от бактерии до человека-содержат один и тот же набор из двадцати аминокислот. Боковые цепи аминокислот различаются по размеру, форме, заряду, способности образовывать водородные связи и химической реактивности. Их можно разделить на следующие группы: а) алифатические боковые цепи-глицин, аланин, валин, лейцин, изолейцин и пролин; б) гидроксилированные алифатические боковые цепи-серин и треонин; в) ароматические боковые цепи-фенилаланин, тирозин и триптофан; г) основные боковые цепи-лизин, аргинин и гистидин; д) кислые боковые цепи-аспарагиновая и глутаминовая кислоты; е) амидные боковые цепи-аспарагин и глутамин; ж) серусодержащие боковые цепи-цистеин и метионин.

Аминокислоты, в количестве обычно не менее ста, соединяются между собой пептидными связями, образуя полипептидную цепь. Пептидная связь соединяет ос!!!-карбоксильную группу одной аминокислоты с а- аминогруппой другой. В некоторых белках отдельные боковые цепи соединяются между собой дисульфидными мостиками, образующимися путем окисления остатков цистеина. Белки состоят из одной или нескольких полипептидных цепей. Каждый белок имеет уникальную последовательность аминокислот, которая детерминируется генетически. Определение последовательности аминокислот в белках проводят следующим образом. Сначала определяют общий аминокислотный состав, подвергая кислотный гидролизат белка хроматографии на ионообменнике, и проводят идентификацию N-концевого аминокислотного остатка с помощью реагента на концевую аминогруппу, например, данеилхлорида. Следующий этап состоит в специфическом расщеплении белка на небольшие пептиды. Используют, в частности, трипсин, который гидролизует белки по пептидной связи, образованной карбоксильной группой остатков лизина и аргинина. Затем определяют последовательность аминокислот полученных пептидов по методу Эдмана, т.е. путем постепенного отщепления N-концевого остатка. Наконец, устанавливают последовательность пептидов в белке путем сопоставления последовательностей аминокислот в перекрывающихся пептидах.

Решающим фактором, определяющим биологическую функцию белков, является их конформация, т.е. расположение в пространстве атомов белковой молекулы. Известны три регулярно повторяющиеся конформации полипептидной цепи: а-спираль, складчатые α-слои и коллагеновая спираль. Короткие участки α-спирали и β-слоев встречаются во многих белках. Принципиально важен тот факт, что трехмерная структура белка определяется последовательностью аминокислот; впервые это было обнаружено при изучении рибонуклеазы. Было показано, что восстановленная, развернутая молекула рибонуклеазы способна к спонтанному восстановлению своей структуры (с образованием дисульфидных мостиков между цистеиновыми остатками в правильной комбинации) и полному восстановлению ферментативной активности, если удалить меркаптоэтанол и мочевину и денатурированный фермент подвергнуть окислению кислородом воздуха. Скручивание белков осуществляется путем ассоциации коротких полипептидных участков, образующих короткоживущую форму α-спирали или β-слоя.