Третичная структура. Фолдинг белков. Глобулярные и фибриллярные белки.

Четкой границы между третичной и четвертичной структурами провести нельзя, но под третичной структурой понимают пространственное расположение α -спирали и β -складчатости в виде глобулы, стабилизированной всеми видами связей между аминокислотными остатками, далеко отстоящими друг от друга. Это пространственная ориентация полипептидной спирали или способ укладки полипептидной цепи в определенном объеме. Третичная структура многих белков составляется из нескольких компактных глобул, называемых доменами. Между собой домены обычно бывают связаны тонкими перемычками - вытянутыми аморфными полипептидными цепями. Первым белком, третичная структура которого была выяснена Дж. Кендрью на основании рентгеноструктурного анализа, явился миоглобин кашалота. В стабилизации пространственной структуры белков, помимо ковалентных связей (пептидные и дисульфидные), основную роль играют так называемые нековалентные связи: водородные, электростатические взаимодействия заряженных групп, межмолекулярные Ван-дер-ваальсовы силы, взаимодействия неполярных боковых радикалов аминокислот, гидрофобные взаимодействия. Основной движущей силойв возникновениитрехмерной структуры является взаимодействие радикалов аминокислот с молекулами воды. При этом неполярные гидрофобные радикалы аминок-т как бы погружаются внутрь белковой молекулы, образуя там сухие зоны, в то время как полярные радикалы оказываются ориентированными в сторону воды. В какой-то момент возникает термодинамически наиболее выгодная конформация молекулы и она стабилизируется. В такой форме молекула харак-ся минимальной свободной энергией.

Известная стабильность третичной структуры белка обеспечивается за счет водородных связей, межмолекулярных ван-дер-ваальсовых сил, электростатического взаимодействия заряженных групп и т д.

Характерная структурная особенность фибриллярных белков - вытянутая, нитевидная форма молекул. Эти молекулы образуют многомолекулярные нитевидные комплексы - фибриллы.

Фибриллярный белок коллаген - самый распространенный белок в мире животных; в организме человека на его долю приходится примерно 1/3 от общего количества белков. Молекула коллагена (тропоколлагена) построена из трех пептидных цепей, каждая пептидная цепь содержит около 1000 аминокислотных остатков. Необычен аминокислотный состав коллагена: каждая третья аминокислота - это глицин, 20% составляют остатки пролина и гидроксипролина, 10% - аланина, остальные 40% представлены всеми другими аминокислотами. Коллаген - единственный белок, в котором содержится гидроксипролин. Эта аминокислота получается путем гидроксилирования части остатков пролина уже после образования пептидных цепей. Гидроксилируется также некоторая часть остатков лизина с превращением в гидроксилизин. Пептидные цепи коллагена представляют собой последовательность триплетов глу - Х - Y, где Х и Y может быть любой аминокислотой; часто положение X занимает пролин, а положение У — гидроксипролин. Ниже представлен фрагмент пептидной цепи коллагена (Hyp - гидроксипролин):

Каждая из пептидных цепей коллагена имеет конформацию спирали, отличающейся от α -спирали, в молекуле коллагена все три спирали, в свою очередь, перевиты друг с другом, образуя плотный жгут (рис. 18). Между спиралями за счет пептидных групп образуются водородные связи (—С=О...Н— N—). Такие же водородные связи имеются и внутри каждой цепи. Все три цепи молекулы коллагена ориентированы параллельно, т. е. на одном конце коллагена имеются N-концы цепей, на другом -С-концы. Коллаген -сложный белок, гликопротеин: содержит моносахаридные (галактозильные) и дисахаридные (галактозил-глюкозильные) остатки, соединенные с гидроксильными группами некоторых остатков оксилизина. Молекулы коллагена, соединяясь «бок о бок», образуют микрофибриллы; из микрофибрилл формируются более толстые фибриллы, а из них — волокна и пучки волокон. Связи между молекулами коллагена в фибриллах ковалентные; они возникают за счет взаимодействия оксилизиновых остатков. Коллагеновые волокна вместе с другими полимерными веществами межклеточного матрикса составляют основу соединительной ткани, обеспечивающую ее опорную функцию Фибриллярные белки нерастворимы в воде. Они не перевариваются в пищеварительном тракте большинства животных и человека, и поэтому не могут служить пищей.