Задача:
При некоторых заболеваниях у больных повышается температура тела, рассматриваемая врачами как защитная реакция организма, повышающая его сопротивляемость патогенным бактериям или нирусам. Однако высокие температуры губительны для организма. Объясните, почему при температуре выше 40 °C возникает угроза для жизни человека. При ответе:
а) опишите строение глобулярных белков, уровни их структурной организации; укажите связи, удерживающие эти структуры в нативной конформации;
б) укажите причину разрыва этих связей при повышении температуры и опишите структурные и функциональные изменения белков в этих условиях; назовите этот процесс и укажите структуру белка, остающуюся неизменной после воздействия высокой температуры;
в) назовите белки, помогающие сохранить нативную конформацию белкам клеток, и опишите особенности их строения и функций.
Ответ:
1. Глобулярные белки – полипептидные цепи, плотно свернутые в компактные шарообразные структуры (глобулы).
Уровни организации:
Первичная структура белка - определенная последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи. ПЕПТИДНЫЕ СВЯЗИ.
Вторичная структура белка - конформация полипептидной цепи, закрепленная множеством водородных связей между атомами водорода аминогрупп и атомами кислорода карбонильных групп.
Существует два основных способа укладки цепи:
Одна из моделей вторичной структуры - a-спираль. Другая модель – β-форма («складчатый лист»), в которой преобладают (межмолекулярные) Н-связи.
В α-спирали на одном витке укладываются 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.
Третичная структура белка — форма закрученной спирали в пространстве, образованная главным образом за счет дисульфидных мостиков -S-S- , водородных связей, гидрофобных и ионных взаимодействий.
Третичная структура – это трехмерная пространственная конфигурация закрученной α-спирали или β-структуры в пространстве.
У большинства белков полипептидные цепи свернуты особым образом в «клубок» — компактную «глобулу».
2. При повышении температуры происходит разрыв большого количества слабых связей, следовательно происходит нарушение нативной конформации белка и, в итоге, денатурация белка. Денатурация сопровождается разрушением уникальной трехмерной структурой белка и потерей его биологической активности, так как молекула белка приобретает случайную конформацию, а радикалы аминокислот АЦ оказываются пространственно удалены друг от друга.
3. Белки, помогающие сохранить нативную конформацию белкам клеток называются шаперонами. Наиболее изучены 3 класса шаперонов (классы различаются по массе субъединиц): Ш-60, Ш-70, Ш-90. Основные функции шаперонов: формирование трехмерной структуры белков и ренативация частично денатурированных белков + сборка олигомерных белков, транспорт белков через мембраны, участие в регуляции активности белковых комплексов.
- Ш-70 – высоконсервативные класс белков, находящихся во всех отделах клетки.
На карбоксильном конце единственной полипептидной цепи Ш-70 имеется участок, представляющий собой бороздку, способный взаимодействовать с пептидами длиной от 7 до 9 аминокислотных остатков, обогащенных гидрофобными радикалами. Ш-70 способны защищать белки от температурной инактивации и восстанавливать конформацию и активность частично денатурированных белков. - Ш-60 – функционирует в виде олигомерного комплекса, состоящего из 14 субъединиц. Они формируют 2 полых кольца, соединенных друг с другом, каждое из которых состоит из 7 субъединиц. Каждая субъединица, в свою очередь, состоит из трех доменов: верхушечного (обогащенного гидрофильными радикалами, обращенными внутрь кольца), промежуточного и экваториального.
Синтезированные белки, имеющие на своей поверхности элементы, характерные для несвернутых молекул (гидрофобные радикалы) попадают в полость шапероновых колец.
В полости этих колец происходит перебор всех возможных конформаций, пока не будет найдена более энерговыгодная. Этот процесс (формирование конформации) сопровождается большими затратами энергии (гидролизом АТФ).
