Структура белков. Третичная структура

О третичной структуре обычно говорят применительно лишь к глобулярным белкам.
Под ней понимают конформацию белковой глобулы, т. е. укладку в пространстве а-спиральных, Р-структурных и бесструктурных участков пептидной цепи.
В отличие от вторичной, третичная структура образуется и удерживается за счет образования связей непосредственно между радикалами аминокислот.
Конкретный характер этих связей зависит от природы радикалов.
Как видно из таблицы, по своим физико-химическим свойствам радикалы всех аминокислот подразделяются на 3 группы, а образуемые между ними связи сводятся к 4-5 видам.
Среди последних одна связь является ковалентной — ди-ульфидная связь между остатками цистеина.
Остальные связи — нековалентные, т. е. относятся к т. н. слабым взаимодействиям. Это:
- ионные связи между разноименно заряженными (а следовательно, гидрофильными) радикалами,
- водородные связи между полярными (как заряженными, так и незаряженными) радикалами,
- гидрофобные и ван-дерваальсовы взаимодействия между неполярными (т. е. гидрофобными) радикалами.
Слабый характер ионных и водородных связей в значитель-1 ной мере обусловлен влиянием водной среды, в которой обычно находится белок. Так, дипольные молекулы воды, ориентиру-1 ясь вокруг полярных (в т. ч. заряженных) радикалов, в 80 раз снижают электрическое поле заряженных радикалов и могут са-. ми образовывать водородные связи с полярными радикалами.I На разрушение этих связей расходуется большая часть энергии межрадикального взаимодействия.
Тем не менее замыкание большого числа межрадикальных связей приводит к образованию термодинамически наиболее! устойчивой конфигурации — нативной третичной структуры! белка.
При этом взаимодействующие друг с другом радикалы могут находиться в вытянутой пептидной цепи весьма далеко друг от друга. Сближение же их происходит лишь в результате сложных изгибов этой цепи в трехмерном пространстве.
В итоге образуется глобулярная частица, причем одни радикалы находятся внутри нее, а другие — на ее поверхности. В частности, для модельного миоглобиноподобного белка распределение радикалов оказалось следующим.
Основная часть гидрофобных радикалов находится внутри глобулы (куда они уходят от водной фазы), а большинство гидрофильных радикалов — на ее поверхности. В то же время это правило не является абсолютным: некоторое количество гидрофобных радикалов остается на поверхности.
Последнее очень важно для взаимодействия белка с лигандами, имеющими гидрофобные группы.
Вообще, формирование третичной структуры играет решающую роль в приобретении белком присущей ему функциональной активности. Как правило, именно на уровне этой структуры в белке появляются т. н. активные центры (один или несколько) — группы из нескольких радикалов, способные специфично взаимодействовать с определенными лигандами.
Эти радикалы опять-таки на уровне первичной структуры зачастую находятся далеко друг от друга и сближаются лишь в процессе фолдинга.
Вместе с тем третичная структура обладает определенной подвижностью. На конформации глобулы могут сказываться следующие факторы:
- тепловые флуктуации и колебания отдельных групп, когда связи между ними то разрываются, то вновь замыкаются;
- специальные вещества-регуляторы;
- химическая модификация белка (например, фосфорилирование);
- само выполнение белком его функции.
Изменение конформации белков — важнейший способ изменения их биологической активности, который широко используется в клетке для регуляции различных процессов.
Мы с этим не раз уже сталкивались — например, при обсуждении механизма действия дифтерийного токсина и интерферонов. В обоих случаях модификация одного из белковых факторов трансляции меняла его третичную структуру и вела к потере этим фактором своей активности.