Уровни пространственной организации биополимеров • Первичная структура: порядок ковалентно связанных мономеров в полимере • Вторичная структура: локальные упорядоченные структуры полимера • Третичная структура: полная укладка в пространстве одной цепи полимера • Четвертичная структура: укладка субъединиц в пространстве Взаимодействия, стабилизирующие пространственную структуру биополимеров. • Электростатические взаимодействия -- между заряженными группами (Lys, Arg, Ser, Thr в белках, фосфат в нуклеиновых кислотах). • Водородные связи • Ван-дер-ваальсовы взаимодействия (в том числе гидрофобные) Взаимодействия, стабилизирующие пространственную структуру биополимеров. • Водородные связи δ– δ+ X–H + Y Донор Акцептор водорода водорода δ– δ+ X–H····Y Взаимодействия, стабилизирующие пространственную структуру биополимеров Энергия взаимодействия • Ван-дер-ваальсовы взаимодействия (в том числе гидрофобные, в том числе межплоскостные (стэкинг)) Атом Равновесное расстояние ro 0.0 Расстояние между центрами взаимодействующих атомов Ковалентный радиус, Å Ван-дер-ваальсов радиус, Å H 0.28 1.2 Cl 0.99 1.8 C 0.77 0.17 N 0.73 0.15 O 0.74 0.14 S 1.03 1.8 P 1.1 1.9 Взаимодействия, стабилизирующие пространственную структуру биополимеров • Дисульфидные сшивки (S-S мостики) —S–H + H–S— Слабый окислитель Слабый восстановитель —S–S— Функции белков • ферменты • апоферменты • транспорт веществ через мембраны и по организму • рецепторы • превращения энергии • узнавание • структурные Первичная структура белков α-Спираль α-Спираль S-S S-S 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Gly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Thr-Ser-Ile-Cys-Ser-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-Asn S-S Phe-Val-Asn-Gln-His-Leu-Cys-Gly-Ser-His-Leu-Val-Glu-Ala-Leu-Tyr-Leu-Val-Cys-Glu-Glu-Arg-Gly-Phe-Phe-Tyr-Thr-Asp-Lys-Thr 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 α-Спираль Pro-Hyp, Ser, Thr, Tyr - (P) Ser, Thr, Asn - гликозилирование Другие модификации. β-Складка Вторичная структура белков • • • • α-спираль β-лист нерегулярные структуры многие другие структуры α-спираль 3.6 остатка 0.54 Å β-лист А Б В β-поворот Третичная структура белка • • • • фибриллярные белки глобулярные белки мембранные белки прочие Глобулярные белки • • • • • Примеры: гормон инсулин фермент рибонуклеаза А переносчик кислорода миоглобин сократительный белок и АТФ-аза миозин гормон инсулин • Цилиндры- α-спирали • Широкие стрелки - bлисты (слои, складки) • кривые - пептидный каркас • точечные линии -- Нсвязи фермент рибонуклеаза А Миоглобин и миозин Мембранные белки Fig. 2. Predicted topology of the NOP-1 protein • рецептор фотонов родопсин Bieszke, Jennifer A. et al. (1999) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 96, 8034-8039 Copyright ©1999 by the National Academy of Sciences • Четвертичная структура - взаимное расположение элементов третичной структуры - субъединиц белка, апоферментов и кофакторов, белков и липидов и других макромолекул полисахаридов, НК и т.д., мембран, вирусов и т.д. Самоорганизация пространственной структуры биополимеров • • • • • • • “зародыши” вторичной структуры кооперативность кластеры ренатурация белка (РНКазы А) инсулин и проинсулин укладка и выход из рибосомы белки теплового шока (шапероны)