Строение

Белки — это природные полипептиды с высокими значениями молекулярной массы (от 10 000 до десятков миллионов). Они входят в состав всех живых организмов и выполняют разнообраз­ные биологические функции.

Можно выделить четыре уровня в строении поли­пептидной цепи. Первичная структура белка — это конкретная последовательность аминокислот в полипептидной цепи.

Пептидная цепь имеет линейную структуру только у неболь­шого числа белков. В большинстве белков пептидная цепь опре­деленным образом свернута в пространстве

Вторичная структура — это конформация полипептидной цепи, т.е. способ скручивания цепи в пространстве за счет водородных связей между группами NH и СО. Существует два основных способа укладки цепи — α-спираль и β-структура

В α-спирали на одном витке укладывается четыре аминокис­лотных остатка. Все радикалы аминокислот находятся снаружи спирали. Между группами NH и СО, находящимися на соседних витках, образуются водородные связи, которые стабилизируют спираль.

В β-структуре (складчатом слое) полипептидная цепь растяну­та, ее участки располагаются параллельно друг другу и удержи­ваются водородными связями

Большинство белков содержит как α-спирали, так и β-структуры.

Третичная структура белка — это трехмерная конфигурация закрученной α-спирали или β-структуры в пространстве.

Третичная структура образуется за счет дисульфидных мости­ков -S-S- между цистеиновыми остатками, находящимися в разных местах полипептидной цепи. В образовании третичной структуры участвуют также ионные взаимодействия противопо­ложно заряженных групп NН₃⁺ и СОО^— и гидрофобные взаимо­действия, т.е. стремление молекулы белка свернуться так, чтобы гидрофобные углеводородные остатки оказались внутри структуры.

Третичная структура — высшая форма пространственной ор­ганизации белков. Однако, некоторые белки (например, гемогло­бин) имеют четвертичную структуру, которая образуется за счет взаимодействия между разными полипептидными цепями .

Ключевой этап определения структуры белка — расшифровка последовательности аминокислот в первичной структуре. Для этого белок сначала разделяют на полипептидные цепи (если их несколько), а затем анализируют аминокислотный состав цепей путем последовательного отщепления аминокислот. Это — чрезвычайно трудоемкая процедура, поэтому первичная структура надежно установлена только для достаточно простых белков.

Первый белок, у которого была расшифрована первичная структура, — гормон инсулин (1955 г.). Это — простой белок, со­стоящий из двух полипептидных цепей (одна цепь содержит 21 аминокислотный остаток, другая — 30 остатков), соединенных двумя дисульфидными мостиками . На установление его структуры английскому биохимику Ф. Сангеру потребовалось 10 лет.

Пространственную структуру белков анализируют, изучая данные рассеяния рентгеновского излучения (рентгеноструктурный анализ) или нейтронов (нейтронография). Часто применяют также спектроскопические методы, особенно для исследования структуры белков в водных растворах.

Принципиальная возможность синтеза белков была доказана на примере двух гормонов — вазопрессина и окситоцина. Впо­следствии были синтезированы более сложные белки — инсулин и рибонуклеаза (124 аминокислотных остатка).

Для синтеза белков широко используют твердофазный метод, разработанный в начале 1960-х гг. американским химиком Б.Меррифилдом. В этом методе первая аминокислота закрепляет­ся на полимерном носителе, и к ней последовательно подшивают­ся новые аминокислоты. По окончании синтеза готовая полипеп­тидная цепь отрывается от носителя.

В настоящее время искусственное получение белков осуществляется не с помощью химического, а с помощью микробио­логического синтеза, путем использования микроорганизмов.

В живой природе синтез белков происходит чрезвычайно бы­стро, всего за несколько секунд. Живые клетки — это хорошо ор­ганизованные «фабрики», в которых четко налажена система по­ставки сырья (аминокислот) и технология сборки. Информация о первичной структуре всех белков организма содержится в дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК).