Определение 1
Четвертичная структура белка — это вариант того, как в пространстве укладываются отдельные полипептидные цепи, обладающие разной (может быть, одинаковой) первичной, вторичной и третичной структурой.
Замечание 1
Вторичная структура белка представляет собой складчатый слой (альфа-спираль).
Почти все белковые молекулы могут сохранять свою биоактивность. Это значит, что они выполняют свойственные им функции исключительно в узком температурном диапазоне и в узком диапазоне кислотности среды.
В случаях, когда температура повышается или кислотность изменяется до экстремальных показателей, при добавлении гидрофобных агентов, к примеру, органических растворителей, увеличении концентрации солей, происходит изменения в структуре белков. Эти изменения становятся причиной денатурации — белок теряет свою естественную пространственную структуру.
Замечание 2
При этом, разрушения первичной структуры белка не происходит.
Если исходить из структуры, то четвертичная структура белка — макромолекула. Множество функциональных белков состоит из полипептидных цепей, соединенных друг с другом несколькими главновалентными цепями. При этом ковалентные связи не наблюдаются.
Отдельную полипептидную цепь называют протомером, мономером или субъединицей, которая не отличается высокой функциональной активностью.
Эта способность появляется у белка при определенном варианте пространственного объединения мономеров. В результате возникает новое качество, не характерное для мономерного белка. Образующаяся в итоге молекула называется олигомером.
Специфика олигомерных белков
У олигомерных белков отмечаются следующие свойства:
- они состоят из четного числа протомеров. Обычно 2 или 4, но бывает и 6;
- у них одинаковые или разные молекулярные массы. При этом степень вариативности достаточно высокая.
Пример 1
К примеру, молекула гемоглобина включает две альфа- и две бета-полипептидные цепи. У этой молекулы форма тетрамера: это значит, что в ее состав входят 4 полипептидные цепи, регулярно взаимодействующие.
Каждая из этих цепей окружает специализированную группу гема-пигмента, которые отвечает за окрашивание крови в красный цвет.
Молекула гемоглобина может подвергаться обратной диссоциации при определенных условиях. Формирование такого процесса происходит в результате влияния разрыва водородных связей.
В случае, если мочевина и соли удаляются, исходная молекула гемоглобина подвергается автоматической ассоциации.
Стандартный пример олигомерной молекулы — вирус табачной мозаики, отличающийся гигантской молекулой. Длина этого вируса достигает 300 нм. Белковые частицы со спиралеобразной структурой (в ней содержится свыше 130 витков) нанизываются вокруг молекулы РНК.
У вируса есть невероятная способность: полная регенерация или восстановление четвертичной структуры. При этом наблюдается восстановление всех ее физических параметров и биологических функций.
Нужна помощь преподавателя? Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!
Особенности функционирования четвертичной структуры
Внутри последовательности аминокислот есть информация, реализуемая на всех уровнях организации структуры молекулы белка.
У многих ферментов отмечается четвертичная структура. К примеру, фосфорилаза состоит из двух идентичных субъединиц, которые, в свою очередь, состоят из двух пептидных цепей. Из этого следует, что молекула — тетрамер. У отдельных субъединиц не наблюдается особенная каталитическая активность.
Замечание 3
У любого регуляторного фермента — четвертичная структура и высокая скорость требуемых химических реакций в клетке.
Четвертичная структура белка довольно стабильна, хотя в отдельных случаях подвергается денатурации и последующему восстановлению (если выполняются некоторые условия вроде температуры, наличия катализаторов и др).
Характеристики четвертичной структуры белка
Для нескольких сотен белков четвертичная структура полностью расшифрована, хотя остается еще много белков с нерасшифрованной структурой. У этой структуры есть определенные характеристики:
- возможность стабилизации нековалентными связями четвертичной структуры белка;
- взаимодействие площадок протомеров на основе принципа комплементарности, то есть согласованности;
- сформированная в рибосоме структура белка может подвергаться модификации или посттрансляционному процессингу. Так происходит в случае превращения предшественников ряда ферментов или специализированных гормонов в вещества, отличающиеся более высоким порядком.
Все вышеописанное позволяет говорить о существовании четвертичной структуры белка низшего порядка. У каждого белка — собственная уникальная структура и специализированные функции. Если человек постигнет структуру всех белков, то это даст возможность понять, как функционируют живые организмы. В результате такого научного поиска:
- можно будет исследовать болезни человека, передающиеся по наследству;
- удастся выяснить структуры и системы биосинтеза белка.
Замечание 4
Некоторые ученые считают, что существует пятый уровень организации структуры белка. Имеются в виду полифункциональные макромолекулярные комплексы.
Определение 2
Ассоциат представляет собой макромолекулярный белковый комплекс.
В этом случае ферменты — метаболоны и олигомеры. Они отвечают за катализацию всего пути превращений субстрата в синтетазы высших кислот, дыхательную цепь и пируватдегидрогеназный комплекс.
Говоря о структуре белка кратко, на основе описанного выше, можно утверждать, что взаимодействие между отдельными молекулами внутри четвертичной структуры белка открывает возможности для изменений ее пространственной структуры.
Определение 3
Конформация — расположение атомов и групп молекул органического вещества, которое обусловлено возможностями вращения этих молекул вокруг ковалентных связей.
Эти изменения — основа биологической активности белковых полимеров.
Четвертичная структура белка представлена олигомерами
Если белки состоят из двух и более полипептидных цепей, связанных между собой нековалентными (не пептидными и не дисульфидными) связями, то говорят, что они обладают четвертичной структурой.
Такие агрегаты стабилизируются водородными связями, ионными связями и электростатическими взаимодействиями между остатками аминокислот, находящимися на поверхности глобулы.
Подобные белки называются олигомерами, а их индивидуальные цепи – протомерами (мономерами, субъединицами). Если белки содержат 2 протомера, то они называются димерами, если 4, то тетрамерами и т.д.
Строение тетрамера гемоглобина взрослых |
Например, гемоглобин – белок эритроцитов, переносящий кислород, состоит из 4 гемсодержащих субъединиц – 2 α-субъединицы и 2 β-субъединицы в гемоглобине взрослых, 2 α-субъединицы и 2 γ-субъединицы в фетальном гемоглобине.
Лактатдегидрогеназа – фермент, принимающий активное участие в окислении глюкозы в бескислородных условиях, также включает 4 субъединицы – Н (heart) и М (muscle) в разных сочетаниях: Н4, Н3М1, Н2М2, Н1М3, М4., всего 5 изоферментов.
Креатинкиназа – фермент, участвующий в регенерации АТФ при мышечном сокращении, состоит из 2 субъединиц – В (brain) и М (muscle) в разных сочетаниях: ВВ, ВМ, ММ. Всего 3 изофермента.
Взаимодействие протомеров друг с другом осуществляется по принципу комплементарности, т.е. их поверхность подходит друг другу по геометрической форме и по функциональным группам аминокислот (возникновение ионных и водородных связей).
Например, в легких у гемоглобина кооперативное взаимодействие субъединиц в 300 раз ускоряет присоединение кислорода к гемоглобину. В тканях отдача кислорода также ускоряется в 300 раз.
Схема кооперативного взаимодействия субъединиц в гемоглобине
Присоединение в легких первой молекулы кислорода к одной из субъединиц гемоглобина изменяет ее конформацию.
В результате она начинает влиять на следующую убъединицу, облегчая присоединение к ней кислорода. После этого они вдвоем влияют на третью субъединицу и так далее.
В тканях первая молекула кислорода отделяется от своей субъединицы не очень легко, вторая уже быстрее и так далее.
Дезоксиформа гемоглобина обозначается как Т-форма, напряженная (англ. tense), она обладает существенно более низким сродством к кислороду. Оксигенированная форма, или R-форма (англ. relaxed), обладает высоким сродством к кислороду.
ПОИСК
| Рис. 40. Четвертичная структура белка |  |
Белки, их химические и физико-химические свойства. Методы выделения и очистки белков классические —диализ, высаживание из растворов современные — распределительное и ионообменное хроматографирование, хроматографирование па молекулярных ситах, электрофорез. Индивидуальность белков. Цветные реакции белков биуретовая, ксантопротеиновая, нингидринная, реакция Миллона. Первичная, вторичная, третичная и четвертичная структуры белков, факторы, опре- [c.248]
Что такое четвертичная структура белка Объясните на примере молекулы гемоглобина. [c.655]
Структура белка. Современные экспериментальные методы позволили установить структуру природных белков. Различают первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуру белка. [c.448]
У ряда белковых соединений несколько сложных полипептидных цепей белка могут агрегироваться вместе, создавая более сложный комплекс определённого строения, называемый четвертичной структурой белка.
Каждая полипептидная цепь, образующая четвертичную структуру, называется субъединицей и сохраняет свойственные ей первичную, вторичную и третичную структуры, однако биологическая роль комплекса в целом отличается от биологической роли субъединиц вне комплекса.
Фиксация четвертичной структуры обеспечивается водородными связями и гидрофобными взаимодействиями между субъединицами.
Например, молекула гемоглобина — белка с четвертичной структурой — состоит из четырёх субъединиц, окружающих гем (простетическую железосодержащую группу — железопорфирин) между субъединицами нет ковалентной СВЯЗИ, однако тетрамер представляет собой единое целое, в котором субъединицы тесно связаны и ведут себя в растворе как одна молекула. Наличие четвертичной структуры характерно также для других металлопротеинов и для иммуноглобулинов. При формировании четвертичной структуры белка образующийся комплекс может содержать, помимо субъединиц полипептидной структуры, и субъединицы иной полимерной природы, а также соединения других классов. [c.71]
Какие соединения называют белками Что понимают под первичной, вторичной, третичной и четвертичной структурами белка Как определяется первичная структура белка [c.215]
Четвертичная структура белков [c.349]
Отношение аминокислот к нагреванию. Медные соли а-аминокислот как хелат-пые соединения. Бетаины. Пептидный синтез. Первичная, вторичная, третичная и четвертичная структуры белка. [c.251]
Специфичность четвертичной структуры белков проявляется в определенной конформационной автономии полипептидных фрагментов, входящих в состав макромолекулы белка. [c.349]
Микроструктура белка получается объединением полипептидных цепочек, улерживае-мых вместе различными связями (главным образом, водородными и дисульфидными), а также силами Ван-дер-Ваальса. Такие объединения называются микромолекулами, микроструктурами или субъединицами белка. В результате объединения субъединиц возникает четвертичная структура белка. [c.177]
Четвертичная структура белков. В больших белковых молекулах (молекулярная масса которых, как правило, существенно превышает 30 ООО) имеется не одна, а несколько полипептидных цепей, не связанных ковалентно друг с другом. Эти субъединичные глобулы могут, [c.12]
В принципе, существовать и в свободном состоянии, однако в результате взаимодействия целого ряда более слабых сил (водородная связь, гидрофобное или ион-ионное взаимодействие) происходит их упорядоченная упаковка в четвертичную структуру белка. [c.13]
Четвертичная структура белка формируется за счет объединения нескольких третичных. [c.433]
Несколько молекул белка, одинаковых или разных (субъединиц), могут соединяться друг с другом так возникает четвертичная структура белка.
Так, например, молекула гемоглобина состоит из четырех субъединиц под действием мочевины она расщепляется на две неидентичные части, которые после удаления реагента могут вновь соединиться, воссоздавая нативный гемоглобин.
Другой белок —вирус табачной мозаики, состоит из более чем двух тысяч субъединиц (рис. 68). [c.642]
Формирование четвертичной структуры белка является [c.530]
ЧЕТВЕРТИЧНАЯ СТРУКТУРА белка, размещение в пространстве субъединиц, образованных из отд. полипептидных цепей совокупность контактов между субъединицам (без учета их геометрии), включающих гидрофобные контакты, водородные связи (нередко образующие систему, близкую к Р-структуре) и электростатич. взаимодействия.
Прочность этих контактов различна иногда для их диссоциации достаточно изменения pH среды или ионной силы р-ра, одпако часто требуется полное разрушение третичной структуры субъединиц. Ч. с. характерна не для всех белков.
В ее образовании чаще всего участвуют 2 или 4 субъединитц) , иногда — до 12 (понятие надмолекулярные образования — мультиферментннле комплексы и протяженные структуры, напр, оболочки (liaron). [c.688]
Четвертичная структура белков варьируется очень широко. На некоторых электронных микрофотографиях ясно видны агрегаты белковых молекул, однако их тонкую структуру установить не удается. Общей формой четвертичной структуры [c.302]
Третичная и четвертичная структуры белков определяются при помощи рентгеноструктурного анализа, который впервые был проведен применительно к миоглобину и гемоглобину Дж. Кендрью и М. Перутцем в Кембридже.
Значение рентгеноструктурного анализа белков трудно переоценить, так как именно этот метод дал возможность впервые получить своеобразную фотографию белковой молекулы.
Для получения информативной рентгенограммы необходимо было иметь полноценный кристалл белка с включенными в него атомами тяжелых металлов, так как последние рассеивают рентгеновские лучи сильнее атомов белка и изменяют интенсивность дифрагированных лучей.
Таким образом можно определить фазу дифрагированных на белковом кристалле лучей и затем электронную плотность белковой молекулы. Это впервые удалось сделать М. Перутцу в 1954 г, что явилось предпосылкой Д 1я построения приближенной модели молекулы белка, которая затем была уточнена при помощи ЭВМ.
Однако первым белком, пространственная структура которого была полностью идентифицирована Дж. Кендрью, оказался миоглобин, состоящий из 153 аминокислотных остатков, образующих одну полипептидную цепь, В результате было экспериментально подтверждено предположение Л. Полинга и Р. Кори о наличии в молекуле миоглобина а-спиральных участков, а также М. Перутца и Л. Брэгга о том, что они имеют цилиндрическую форму Несколько позднее М. Перутцем была расшифрована структура гемоглобина, состоящая из 574 аминокислотных остатков и содержащая около [c.43]
Четвертичная структура белка. [c.99]
Вирусные белки могут быть получены генно-инженерным методом, однако нужно учитывать следующие моменты. Как правило, вирусные белки состоят из нескольких полипептидных цепей, в ряде случаев химически модифицированных, Не только в бактериальной, но и в дрожжевой клетке нет структур, осуществляющих созревание таких белков.
Следовательно, микробные клетки могут продуцировать только отдельные полипептидные цепи. Это резко снижает или сводит на нет их иммуногенность, которая определяется конформационными антигенными детерминантами, формирующимися в процессе образования третичной или четвертичной структуры белка.
Ограниченное применение вирусных белков-антигенов относится к белкам HBS-вируса гепатита В человека и белка УР вируса ящура. HBS-антиген, синтезируемый дрожжевыми клетками, давал иммунный ответ, хотя и меньший по сравнению с инактивированным вирусом, однако достаточно высокий.
Образовавшийся белок не секретировался из клеток, а в процессе их разрушения и вьщеления антигена выход его значительно снижался, что ставило под сомнение всю технологическую схему [c.504]
Следует, однако, иметь в виду, что детергенты, вызывая разрыв белок-белковых связей, разрушают олигомерную (четвертичную) структуру белков. [c.26]
История исследований белков, по сравнению с другими классами природных соединений, наиболее богата событиями и открытиями, поскольку эти вещества вездесущи в живой природе, очень многообразны и наиболее сложны по структуре.
Кроме того, их сложность и большие молекулярные размеры сочетаются с низкой устойчивостью и трудностью индивидуального выделения. Но к настоящему времени многие барьеры на этом пути преодолены.
Достаточно быстро и надежно хроматографически определяется аминокислотный состав белков и последовательность их соединения между собой рентгеноструктурный анализ позволяет установить пространственную структуру тех белковых молекул, которые удается получить в виде кристаллов различными вариантами метода ЯМР успешно исследуется поведение белков в растворах, в процессах комплексообразования, т.е. в ситуации, близкой к той, которая имеет место в живой клетке. В настоящее время принято различать четыре структурных уровня в архитектуре белковых молекул первичная,вторичная,третичная и четвертичная структуры белков. [c.94]
Определение третичной и четвертичной структур белков [c.43]
Для проявления биологической активности некоторые белки должны сначала образовать макрокомплекс, состоящий из нескольких третичных структур белковых субъединиц, которые связаны вторичными валентными силами (ионное притяжение, водородные связи).
Подобные способы пространственной организации нескольких полипептидных субъединиц — это четвертичная структура белка, которая определяет степень ассоциации третичных структур в биологически активном материале.
Например, белком с четвертичной структурой является гемоглобин, который состоит из четырех субъединиц (клубков) миогло-бина — дэух молекул а-гемоглобина, каждая из которых содержит гем. [c.272]
Четвертичная структура белка — способ совместной укладки нескольких полипептидных цепей образуюи1иеся структуры называются ассоциатами (рис. 23). [c.651]
Под четвертичной структурой белка по-ннмают пространственное расположение самих глобул. [c.449]
Многие белки состоят из субъединиц, одинакоаых или различных, образующих трехмерные ассоциаты или более сложные ансамбли. В этом случае принято говорить о четвертичной структуре белков.
Специфичность четвертичной структуры данного белка обусловливается выполняемой им биологической функцией, а взаимодействие субъединиц обеспечивает дополнительный механизм ее регуляции. [c.
117]
Во многих случаях несколько неитидных цепей или пептидных клубков, в качестве так называемых субъединиц, связываются в новую более высшую структуру, при этом ковалентных связей между субъединицами не возникает. Ассоциаты подобного тина называют четвертичной структурой белков [3.3.7]. [c.657]
Наиб, распространено, особенно в биохимии й биоорг. химии, понятие структурной К. Благодаря этому виду К., к-рое осуществляется по принципу ключ — замок , образуются комплексы антиген-антитело, фермент-субстрат, четвертичная структура белков, вторичная и третичная структура нуклеиновых к-т. В последнем случае К. проявляется особенно ярко. [c.443]
Способ укладки пептидной цепи (образование спирали или -структуры) часто называют вторичной структурой белка. Дальнейшая укладка молекулы, основанная на бзаимодемствин групп, далеко отстоящих друг от друга вдоль цепи, приводит к формированию третичной структуры. Агрегация мономерных белковых субъединиц в оли-Ьомеры (гл. 4) определяет четвертичную структуру белка. [c.94]
Образование хаотично сформированных агрегатов является ошибкой, которая приводит к появлению функционально неактивных белков, поэтому в клетках предусмотрены механизмы быстрой их деградации и распада на отдельные аминокислоты.
Однако в природе существует немало генетически детерминированных агрегатов, включающих в себя несколько полипептидных цепей, образующих большие белковые макромолекулы. Четвертичной структурой называют ассоциированные между собой две или более субъединиц, ориентированных в пространстве.
По-видимому, более правильно применительно к четвертичной структуре белков говорить не об агрегатах, а об ансамблях глобул. Характеризуя четвертичную структуру белков, следует исключать ее псевдоварианты.
Так, белковый гормон инсулин состоит из двух полипептидных цепей, но они не являются полноправными глобулами, а образуются в результате ограниченного протеолиза единой полипептидной цепи. Не являются белками с истинной четвертичной структурой и мультиферментные комплексы (гл. 6). Они представляют собой типичные надмолекулярные структуры.
При образовании четвертичной структуры отдельные субъединицы взаимодействуют друг с другом исключительно при помощи нековалентных связей, в первую очередь водородных и гидрофобных. Весьма существенным является тот факт, что контактные поверхности взаимодействующих субъединиц комплементарны друг другу В контактных участках расположены гидрофобные группировки, которые получили название липкие пятна . [c.39]
Гидрофобные взаимодействия способствуют стабилизации третичных и четвертичных структур белков, а также структуры мембран.
Между прочим, аминокислотный состав изолятов и концентратов характеризуется значительным содержанием гидрофобных аминокислот, что свойственно белкам мембран или ассоциированным белкам (например, рибулозобисфосфаткарбокси-лазе/оксидазе и аденозинтрифосфатазе).
При нагревании неполярные зоны частиц/направляются к водной фазе, тогда как при более низкой температуре они внутрь удаляются от нее. При посредстве этих выставленных наружу неполярных зон между частицами устанавливаются гидрофобные взаимодействия, что приводит к их более или менее полному слипанию в зеленом клеточном соке.
В мембранах между срединными молекулами устанавливаются взаимодействия слипание происходит при менее высоких температурах, чем в случае с растворимыми белками, где нативная структура стабилизируется внутренними гидрофобными взаимодействиями молекул. [c.247]
Четвертичные структуры белка образуются тогда, когда молекула белка включает в свою структуру химически связанные комплексы хлорофилла, протопорфирина железа (II), или гема, группировки из ионов металлов (Ре, Си, 2п, Со, Мо и др.), углеводы, фосфорную кислоту, жиры и т. д. В этом случае белки являются не простыми, а сложными и называются протеидами.
К числу протеидов (сложных белков) относятся хромопротеиды (белок связан с молекулой — хромофором), гликопротеиды (белок связан с углеводами), липопротеиды (белок связан с липидом), фосфопротеиды (белок этерифицирован фосфорной кислотой, как, например, в казеине молока), нуклео-протеиды (белок связан с нуклеиновой кислотой).
Небелковая часть молекулы протеида называется простетической группой. [c.722]
В ряде случаев отдельные субъединицы белка с помощью водородных связей, электростатического взаимодействия разноименно заряженных групп молекул, ван-дер-ваальсова взаимодействия и др. образуют сложные ансамбли. В этом случае образуется четвертичная структура белков (рис. 4). [c.14]
Четвертичная структура белка
Определение 1
Четвертичная структура белка – это способ укладки в пространстве отдельных полипептидных цепей, которые обладают разной (возможно одинаковой) первичной, вторичной, третичной структурой.
Большая часть белковых молекул способна сохранять свою биоактивность, то есть выполнять присущую им функцию только в узком диапазоне температур и кислотности среды.
При повышении температуры, изменении кислотности до экстремальных значений, добавлении гидрофобных агентов (например, органических растворителей) или при значительном увеличении концентрации солей, в структуре белков происходят изменения, которые приводят к их денатурации — потере своей нативной (естественной) пространственной структуры. Как правило, при этом первичная структура белка не разрушается.
Рисунок 1. Четвертичная структура белка. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В структурном отношении четвертичная структура белка является макромолекулой.
Многочисленные функциональные белки состоят из нескольких полипептидных цепей, они соединяются между собой несколькими главновалентными цепями. В данном случае ковалентные связи отсутствуют.
Каждая отдельная полипептидная цепь получила название протомера, мономера или субъединицы, не обладающей высокой функциональной активностью.
Такую способность белок приобретает при определенном способе пространственного объединения мономеров. При этом возникает новое качество, которое не свойственно мономерному белку. Та молекула, которая образуется в результате этого, называется олигомером.
Олигомерные белки обладают следующими свойствами:
- состоят из четного числа протомеров (2 или 4, реже 6);
- имеют одинаковые или разные молекулярные массы (с весьма высокой степенью вариативности).
Например, молекула гемоглобина состоит из двух α- и двух β-полипептидных цепей. Эта молекула имеет форму тетрамера. Другими словами, в состав молекула гемоглобина входят четыре полипептидные цепи, которые находятся в систематическом взаимодействии.
Каждая из них окружает специализированную группу гема-пигмента, окрашивающего кровь в характерный красный цвет. В определенных условиях молекула гемоглобина может подвергнуться обратной диссоциации. Такой процесс формируется под влиянием разрыва водородных связей. После удаления солей или мочевины происходит автоматическая ассоциация исходной молекулы гемоглобина.
Классическим примером олигомерной молекулы является вирус табачной мозаики, который имеет гигантскую молекулу. Длина вируса составляет примерно 300 нм. Вокруг молекулы РНК нанизываются белковые частицы, которые образуют спиралеобразную структуру, содержащую более 130 витков..
Данный вирус обладает удивительной способностью, которая заключается в том, что наблюдается полная регенерация (восстановление) четвертичной структуры с восстановлением всех ее физических параметров, а также биологических функций.
Особенности функционирования четвертчиной структуры белка
Таким образом, последовательность аминокислот содержит внутри себя информацию, которая реализуется на всех уровнях организации структуры белковой молекулы.
Многие ферменты обладают четвертичной структурой. Например, фосфорилаза это молекула, которая состоит из двух идентичных друг другу субъединиц, каждая из которых состоит из двух пептидных цепей.
Таким образом, молекула представляет собой тетрамер. Отдельные субъединицы не могут иметь особенной каталитической активности.
Любой регуляторный фермент всегда имеет четвертичную структуру и обеспечивает в клетке высокую скорость требуемых химических реакций.
Четвертичная структура белка имеет достаточно высокую степень стабильности. При этом она все- таки подвергается денатурации и может быть восстановлена при наличии нескольких условий от температуры и до наличия катализаторов.
Следует отметить тот факт, что четвертичная структура полностью расшифрована для нескольких сотен белков, но это далеко не все из известных белков. Эта структура обладает следующими характеристиками:
- стабилизируется нековалентынми связями;
- площадки протомеров взаимодействуют друг с другом по принципу комплементарности (согласованности).
Структура белка, которая сформировалась в рибосоме может подвергаться модификации или посттрансляционному процессингу. Например, это происходит при превращении предшественников ряда ферментов или специализированных гормонов в вещества более высокого порядка.
Таким образом, существуют все основания, которые подтверждают существование четвертичной структуры белка (а также структур) низшего порядка.
Каждый белок характеризуется собственной уникальной структурой и специализированными функциями. Выяснение структуры всех белков может служить ключом к познанию природы функционирования всех живых организмов.
Такой путь научного поиска может помочь решить следующие многообразие проблем:
- исследование наследственных болезней человека;
- выяснение структуры и системы биосинтеза белка.
Многие исследователи склонны рассматривать существование пятого уровня организации структуры белка. В данном случае речь идет о полифункциональных макромолекулярных комплексах.
Определение 2
Ассоциат – это макромолекулярный белковый комплекс.
Ферменты в данном случае получают название метаболонов или олигомеров, которые катализируют весь путь превращений субстрата в синтетазы высших кислот, пируватдегидрогеназный комплекс, дыхательную цепь.
Подводя итог всему вышесказанному, можно сделать вывод о том, что взаимодействие между отдельными молекулами внутри четвертичной структуры белка дает свободу к изменениям ее пространственной структуры.
Замечание 1
Расположение атомов и групп молекул органического вещества, обусловленное возможностями вращения данных молекул вокруг ковалентных связей, получило название конформации. Такие изменения лежат в основе биологической активности белковых полимеров.
Мир науки
Белки, построенные из одной полипептидной цепи, имеют только третичную структуру. Но много белков состоят из нескольких идентичных или неидентичных полипептидных цепей, каждая из которых имеет свою третичную
конформацию. Объединяясь, они образуют единый функциональный комплекс с высоким уровнем организации-четвертичную структуру белка (рис. 17).
Белки, имеющие четвертичную структуру, называют олигомерных-ми. Каждый отдельный полипептидная цепь в составе олигомерного белка называется протомеры, или субъединицей. Некоторые авторы термином «субъединица» называют только ту часть молекулы, которой свойственна функциональная активность.
Она может быть представлена как одним протомеры, так и несколькими. Например, у белка из четырех одинаковых субъединиц (а4) протомеры является мономер а, а белок из двух типов субъединиц (а4в4) имеет 2 протомеры состав авто.
Олигомерные белки чаще построены из четного числа прото-мэров — от 2 до 4 (диммеры, тетрамеры), реже от 6 до 8, 10, 12 и более с молекулярной массой в пределах от нескольких тысяч до 100000 дальтон. Олигомерные белки представляют собой неделимое целое и выполняют биологические функции, несвойственные отдельно взятым субъединиц.
При действии на белки с четвертичной структурной организацией различных физических или химических факторов (мочевина, концентрированные растворы нейтральных солей, органические растворители, детергенты, изменение рН среды и т.д.) наблюдается диссоциация их на отдельные субъединицы. При этом разрываются связи, стабилизирующие четвертичную структуру.
Диссоциация часто бывает обратимой: после удаления соответствующего агента субъединицы соединяются между собой и четвертичная структура восстанавливается. В этом процессе важно, что при восстановлении структуры олигомерного белка восстанавливается и его биологическая активность.
В клетке существует определенное равновесие диссоциации некоторых олигомерных белков, при которой сохраняется содержимое олигомера и его субъединиц в сравниваемых количествах. У белков с четвертичным уровнем организации не меняется основная конформация начальных третичных структур (глобулярная или фибриллярные).
Например, гемоглобин — это белок, имеющий четвертичную структуру и состоит из четырех субъединиц. Каждая субъединиц — глобулярный белок и в целом гемоглобин также глобулярную конформацию. Кератина — белка волос и шерсти, которые по третичной структурой относятся к фибриллярных белков, имеют фиб-рилярну конформацию четвертичной структуры.
Итак, четвертичная структура белка — это способ взаимного расположения в пространстве отдельных полипептидных цепей в молекуле, а также характер связи между ними.
Четвертичная структура стабилизируется и поддерживается в натив-ном состоянии, в основном за счет слабых нековалентных связей (ионных и водородных) и гидрофобных взаимодействий, возникающих между различными функциональными группами, расположенными на поверхности суб-единиц.
При этом субъединицы взаимодействуют между собой не любой частью своей поверхности, а определенным участком — контактами или площадкой. Контактные участки образуют десятки связей. Процесс самособирание отличается высокой специфичностью.
Протомеры определенного четвертичного белка «находят» и «узнают» друг друга, сочетаясь только между собой. Каждый протомеры взаимодействует с другим в десятках точек, поэтому ошибочное сообщение практически невозможно.
Взаимное узнавание протомеры обусловлено особой структурой контактных участков, богатых гидрофобные аминокислотные остатки («липкие» пятна), которые при соединении протомеры образуют гидрофобное ядро олигомерного белка.
При этом контактируют ризноименно заряженные ионные группы и группы, способные образовывать водородные связи или гидрофобные взаимодействия. Если в третичной структуре одного из протомеры есть выступ, то у другого — в соответствующем месте — углубление, в которое при контакте входит выступление.
Такие взаемовидповидни контактные поверхности называют комплементарными, они ориентируются друг на друга по типу «ключ-замок». Таким образом, взаимодействие между контактными поверхностями протомеры происходит по принципу ком-ментарности — универсальным принципом, характерным живой природе. Комплементарные взаимодействия молекул (не только белковых) составляют основу многих биохимических процессов в организме.
Понятие о четвертичную структуру приобрел особое значение в последние годы. Выяснилось, что, например, в гемоглобине и в некоторых ферментов субъединицы структурно зависят друг от друга.
Так, модификация любой субъединицы приводит к изменениям в третичной структуре других субъединиц, что проявляется в особенностях их биологической функции.
Четвертичной структуры принадлежит большая роль в регуляции биологической активности белков, поскольку она очень чувствительна к внешним условиям (концентрация веществ, рН, ионный состав, наличие биологически активных соединений и т.д.).
Незначительные отклонения со стороны этих факторов вызывают изменения взаиморасположения субъединиц и в связи с этим — изменения биологической активности белка. Это явление является одним из основных механизмов регуляции обмена веществ (метаболизма), поскольку многие ферменты и некоторые другие биологически активные белки имеют четвертичную структуру.
Совокупное использование, главным образом, РСА (рентгенострукту-рного анализа) и электронной микроскопии, а также других методов (определения молекулярной массы, электрофорез, денатурацийни исследования и т.д.) позволило установить четвертичную структуру нескольких сотен белков, в том числе ферментов альдолазы , пируват-киназы, лактатдегидрогеназы и многих других.
Примером белка с четвертичной структурой является фермент глутаматдегидрогеназы, молекула которого состоит из 8 идентичных субъединиц. Диссоциация их достигается простым разбавлением среды. Другой пример: фермент лактатдегидрогеназа содержит четыре субъединицы (типа Н и М), различные сочетания которых образуют разные молекулы изоэнзимов.
Фермент приобретает активности лишь при сочетании четырех субъединиц, причем различные типы соединений отличаются и степенью биологической активности. Оболочку некоторых вирусов образуют белки, в состав которых входит огромное количество субъединиц.
Так, оболочка вируса табачной мозаики состоит из 2130 одинаковых субъединиц, которые располагаются вокруг одной молекулы рибонуклеиновой кислоты по типу винтовой лестницы. Классическим примером белков с четвертичной структурой является гемоглобин, молекула которого построена из 4 субъединиц: двух а-и двух ß-полипептидных цепей.
Эти цепи образуют чрезвычайно упорядоченную и компактную структуру. Гемоглобин имеет 4 гемогрупы, и представляет собой уникальный образец взаимоотношений между молекулярной структурой и функцией белка. Главная функция гемоглобина состоит в переносе кислорода из легких в ткани. Английский биохимик М.Перутц убедительно доказал, что в процессе выполнения своей функции, т.е.
при присоединении и потере гемоглобином кислорода, конформация четвертичной структуры испытывает закономерных изменений: связывание кислорода сопровождается сжатием молекулы (между двумя ß-полипептидными цепями) за счет сближения отдельных ее участков. Отдача же кислорода приводит к соответствующему увеличению объема молекулы.
Таким образом, молекула гемоглобина, по образному выражению академика В.О.Енгельгардта, будто дышит, сжимаясь и расширяясь подобно тому, как сжимается и расправляется при дыхании наша грудная клетка. Кроме того, четыре субъединицы гемоглобина функционируют кооперативно, т.е.
изменения в одной субъединицы при присоединении кислорода, вызов изменений во второй и так далее, что облегчает постадийное связывания кислорода. Разновидностью четвертичной структуры считают также доменные белки. Они, как и олигомерные, содержащие значительной мере обособленные зоны (участки, маленькие глобулы) — домены, подобные протомеры.
Однако в доменных белков эти зоны (глобулы) образуются одним поли-пептидной цепи (см. выше), а сами домены соединяются между собой этим же цепью (короткими перемычками). Домены в белках, кроме пептидных перемычек, соединены еще и слабыми связями, как протомеры в олигомерных белках. Для разделения доменов в белках необходимо приложить больше усилий, чем для диссоциации олигомер-ных белков на протомеры, что связано с разрывом устойчивых пептидных связей в перемычке. Считают, что доменные белки по функциональным свойствам подобные олигомерных белков.
Таким образом, современные методы изучения глобулярных и фибриляр-ных белков свидетельствуют, что для каждого индивидуального белка характерна своя пространственная структура.
Первичная структура белка имеет особый биологический смысл, поскольку она определяет все остальные уровни организации. Как увидим далее, в наследственном аппарате заложена информация только о первичной структуре белка.
Первичная структура начинает другие уровни структурной организации, образуются самопроизвольно.
В медицине широко используются фармпрепараты белковой природы: ферменты, гормоны, вакцины, сыворотки, белковые препараты крови, тканей и др.. Поэтому работникам в области фармации необходимо знать правила их хранения, методы контроля, признаки недоброкачественности т.д..
Четвертичная структура белков. Количество и типы субъединиц
Заимодействия между субъединицами, стабилизирующие четвертичную структуру. Функциональное значение четвертичной структуры белков
Четвертичная структура − это надмолекулярное образование, состоящее из двух и более полипептидных цепей, связанных между собой нековалентно, а водородными связями, электростатическими, диполь-дипольные и гидрофобными взаимодействиями между остатками аминокислот, находящихся на поверхности. Примером может служить молекула гемоглобина, вирус табачной мозаики (2130 субъединиц).
Каждый из белков-участников третичной структуры при образовании четвертичной структуры называют субъединицей или протомером. Образовавшуюся молекулу называют олигомером, или мультимером.
Олигомерные белки чаще построены из четного количества протомеров с одинаковыми или разными молекулярными массами.
В образовании четвертичной структуры белка принимают участие те же связи, что и при образовании третичной структуры, за исключением ковалентных.
Объединение белковых молекул третичной структуры без появления новых биологических свойств называют агрегированным состоянием.
Как четвертичная структура, так и агрегированное состояние могут быть обратимо разрушены с применением детергентов, в частности, додецилсульфата натрия или неионных детергентов типа тритона.
Очень часто для разрушения четвертичной структуры исследуемый белок нагревают при 100°С в присутствии 1%-ного 2-меркаптоэтанола и 2%-ного додецилсульфата натрия. В таких условиях восстанавливаются -S-S-связи между остатками Cys, которые в некоторых случаях удерживают субъединицы четвертичной структуры.
Субъединицы, образующие четвертичную структуру белка, могут быть различными как по строению, так и по функциональным свойствам (гетеромеры). Это позволяет объединить в одной структуре несколько взаимосвязанных функций, создать полифункциональную молекулу.
Например, в протеинкиназе, стехиометрия червертичной структуры которой отвечает формуле С2R2, субъединица С ответственна за ферментативную активность, осуществляя перенос фосфатного остатка от АТР на белок; субъединица R является регуляторной. В отсутствие циклического АМР последняя связана с С-субъединицей и ингибирует ее.
При образовании комплекса с сАМР четвертичная структура распадается и С-субъединицы оказываются способными фосфорилировать белковые субстраты. В гомомерных белках субъединицы одинаковы.
Подавляющая часть белков, имеющих четвертичную структуру, приходится на димеры, тетрамеры и гексамеры, последние встречаются у белков с молекулярной массой, большей 100 кДа.
Характерной особенностью белков с четвертичной структурой является их способность к самосборке. Взаимодействие протомеров осуществляется с высокой специфичностью, благодаря образованию десятка слабых связей между контактными поверхностями субъединиц, поэтому ошибки при формировании четвертичной структуры белков исключены.
Практически все белки-ферменты имеют четвертичную структуру и состоят, как правило, из четного числа протомеров (двух, четырех, шести, восьми).
Четвертичная структура белка подразумевает такое объединение белков третичной структуры, при котором появляются новые биологические свойства, не характерные для белка в третичной структуре.
В частности, такие эффекты, как кооперативный и аллостерический, характерны лишь для белков с четвертичной структурой.
- Четвертичная структура – последний уровень в организации белковой молекулы, причем не обязательный – до половины известных белков ее не имеют.
- ЛЕКЦИЯ 7
- ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕЛКОВ
- Ионизация, гидратация, растворимость,
Поиск на сайте:
Загрузка...
