Характеристика амінокислот і 3 страница

Гемоглобін А (нормальний) Гемоглобін S (серповидний)

Слід зазначити, що відмінність первинної структури певних білків є характерною і для особин одного виду. Такий поліморфізм є результатом мутацій, які передаються за спадковістю. Мутації, що спричиняють порушення функцій білка, бувають причиною різних захворювань (так звані молекулярні хвороби). Відомо, що гемоглобін здорової людини і людини, хворої на спадкове захворювання (серповидно-клітинну анемію), відрізняється лише тим, що залишок глутамінової кислоти в шостому положенні біля N-кінця р-поліпептидного ланцюга замінений на залишок валіну:

Глу — Ліз

Вал — Гіс — Лей — Тре — Про — | Глу Вал — Гіс — Лей — Тре — Про

Вал | — Глу — Ліз

Нині вивчено понад 100 аномальних гемоглобінів і майже в усіх випадках причиною аномальності є заміна одного чи кількох залишків амінокислот в а- або р-поліпептидному ланцюгу:

Гемоглобін

С D Е G Q

Заміна (положення)

Глу —Ліз (р⁶) Глу -+■ Глн (р^ш) Глу -*■ Ліз (р²⁶) Аси—Ліз ґа⁶⁸) Асп —Гіс-<а⁷⁵)

Характерним є те, що виявлені в аномальних гемоглобінах заміни найчастіше стосуються гідрофільних амінокислот. Вивчення первинної структури значної кількості білків дало змогу з'ясувати на молекулярному рівні причини виникнення багатьох спадкових захворювань.

Нині незаперечним є твердження про те, що первинна структура білків значною мірою визначає вищі рівні їхньої структури, зокрема конформацію- Доказом цього є хімічний синтез ферменту рибонуклеази, здійснений Мерріфільдом. Синтезований поліпептид з первинною структурою, ідентичною нативному ферменту, мав таку саму біологічну активність, як і нативний білок. Це свідчить про те, що фермент, добутий методом хімічного синтезу,«набув тривимірної конформації (від якої залежить ферментативна активність) виключно на основі первинної структури — послідовності 124 залишків амінокислот, розмішених у певному порядку.

Першим білком, в ролі пептидному ланцюгу якого детально вивчили якісний і кількісний склад та послідовність розміщення залишків амінокислот, був гормон інсулін. За ці дослідження англійському біохіміку Ф. Сенгеру в 1958 р. було присуджено Нобелівську премію.

Інсулін — найбільш низькомолекулярний білок (6000). До складу молекули входить 51 залишок шістнадцяти різних амінокислот. Молекула інсуліну складається з двох поліпептидних ланцюгів, сполучених дисульфідними зв'язками. Ланцюг А містить 21, а ланцюг В — ЗО залишків амінокислот (рис. 13). Синтезується інсулін у підшлунковій залозі ^-клітинами у вигляді попередника проінсуліну, який містить у складі молекули 84 залишки амінокислот. Перетворення проінсуліну на активний гормон відбувається після часткового протеолізу молекули — відщеплення від її С-кінця фрагмента з 33 залишків амінокислот (С-пептиду). Біологічна роль інсуліну — регуляція вуглеводного обміну шляхом впливу па проникність мембран та активність ферментів.

Пізніше було розшифровано первинну структуру білка ферменту рибонукіеази, що має в складі молекули 124 залишки амінокі (р-ис. 14), аспартат-амінотрансферази (412), fi- і р'-субодиннць ферменту ДНК-залежної РНК-полімерази, до складу молекул яких входить відповідно 1342 і 1407 залишків амінокислот, зорового пурпуру, нейро-токсинів, лактогенного гормону, пепсину, трипсину, хімотрипсипу альдолази, лізоциму, папаїпу, гемоглобіну, цитохрому с та багатьох інших білків (див. рис. 14).

Методи вивчення первинної структури. Враховуючи високу інформативність первинної структури та її роль у забезпеченні фізико-хі-мічних та біологічних властивостей білків, важливим с вивчення топографії певних ділянок молекул, дослідження якісного і кількісного складу амінокислот та порядку розміщення їх в одному чи кількох поліпептидних ланцюгах.

 

Рис. 14. Первинна структура цитохрому с

Дослідження первинної структури білків пов'язане з певними труднощами, оскільки більшість білків мають досить високу молекулярну масу та складну структуру. Значних успіхів у з'ясуванні первинної структури білків було досягнуто в лабораторіях А. Е. Брауниїтейна і Ю. А. Овчинникова починаючи з 70-х років XX ст..завдяки вдосконаленню методів біохімічних досліджень, автоматизації та комп'ютеризації їх основних етапів. Важливим етапом стало застосування автоматичних аналізаторів (секвенаторів), за допомогою яких стало можливим дослідження первинної структури високомолскулярних білків за досить короткий відрізок часу, використовуючи иікомольні (10^-12) концентрації зразка. Так, було встановлено первинну структуру великої групи білків, які мають важливі фізіологічні функції. Тріумфом у вивченні первинної структури стало з'ясування порядку чергування амінокислот у молекулі білка імуноглобуліну, який містить понад 1300 залишків амінокислот. Нині розшифровано первинну структуру понад 2000 білків. По мірі з'ясування первинної структури дані nepe-

rs

даються на ЕВМ (банк даних), в зв'язкуз чим виникає можливість пошуків ступегя спорідненості (гомології) між первинною структурою білків та послідовністю нуклеоткдів у ДНК, виявлення особливостей розвитку організмів, філогенетичних взаємовідносин та окремих еволюційних процесів.

Вивчення первинної структури білків складається з таких послідов-шіх етапів.

1. Визначення числа протомерів у складі молекули. Для цього визначають молекулярну масу та кількість груп NH₂.

2. Руйнування четвертинної структури (дисоціація інтактних агрегатів) з меіою одержання індивідуальних поліпептидних ланцюгів.

3. Визначення числа і природи простетичиих груп.

4. Визначення наявності внутрішньоланцюгових та міжланцюго-
вих дисульфідних зв'язків.

Ь. Розщеплення поліпептидних ланцюгів на більш короткі фрагменти.

6. Визначення порядку чергування амінокислот в отриманих фрагментах (секвенація).

7. Відтворення первинної структури білка та визначення порядку розміщення пептидів в білковій молекулі.

Оскільки четвертинна структура стабілізується силами слабкої взаємодії, зруйнувати ЇЇ нескладно. Дисоціація нативпої молекули па субодиниці досягається за допомогою простих методів — обробки поверхнево-активними речовинами, зміною рН, слабким нагріванням розчину тощо.

Дисульфідні зв'язки, які стабілізують третинну структуру, руйнуються під час їх окислення або відновлення. Окислення дисульфідних зв'язків здійснюють надмурашиною кислотою, внаслідок чого утворюються похідні цистеїнові кислоти;

Недоліком даного методу є те, що в процесі окислення руйнується амінокислота триптофан.

Для відновлення дисульфідних зв'язків використовують меркап-тоетанол:

R

Утворені реакційно-здатні, сульфгідрильні групи блокують акрилонітрилом або йоданетатом:

R—SH + СІ І₂ = CH-C«tf -* /?_S—CH₂—CH_S—CssN.

Після руйнування третинної структури та утворення вільних поліпептидиих ланцюгів здійснюють кислотний гідроліз білків протягом 12—36 год при 100—ПО °С або селективний гідроліз за участю специфічних хімічних реагентів та протеолітичних ферментів. Кислотний гідроліз використовується обмежено, оскільки при цьому руйнуються триптофан та аміди аспарагінової і глутамінової кислот.

Протеолітичні ферменти, які застосовують для селективного гідролізу, попередньо іммобілізують (зв'язують) з нерозчинним носієм, щоб полегшити відокремлення ферментів від продуктів гідролізу- Се-лектиьність (вибірковість) дії протеолітичних ферментів полягає в тому, що кожен фермент розщеплює в складі білкових молекул лише пептидні зв'язки, які утворені певними залишками амінокислот. Так, трипсин гідролізує пептидні зв'язки, утворені карбоксильними групами лізину й аргініну, хімотрипсин — зв'язки, утворені карбоксильними групами ароматичних амінокислот, пепсин — ароматичними і ди-карбоновими.

Із хімічних реагентів для селективного гідролізу використовують бромціан (гідролізує пептидні зв'язки за місцем карбонільної групи залишків метіоніну), 2,4-динпрофторбензол (за місцем карбонільної групи цистеїну) або N-бромсукцинамід (за місцем карбонільної групи цистеїну) або N-бромсукцииамід (за місцем карбонільної групи триптофану). В результаті селективного гідролізу утворюється суміш пептидів з невеликою молекулярною масою. Д ля фракціонування неп- тидів і встановлення послідовності амінокислот використовують високовольтний електрофорез, хроматографію або метод пептидиих карт. С уть останнього методу пилиіає в тому, Що під вплиЕОМлеацих реа-ге нтів утворюється набір пе птидів меншого розміру, які розділяють методом хроматографії або електрофорезу, потім визначають первинну структуру кожного пептиду, виявляють чергування залишків амінокислот, що перекриваються, і визначають первинну структуру білка.

Важливим етапом під час дослідження первинної структури білків є визначення локалізації дисульфідних зв'язків. Для цього перед проведенням селективного гідролізу в білках модифікують усі групи SH. Пептиди, що містять окислені сульфгідрильні групи, виділяють і обробляють реагентами, які розривають дисульфідні зв'язки. Утворені пептиди розділяють і визначають порядок чергування амінокислот.

Секвеиація пептидів починається з визначення кінцевих амінокислот у поліпептидному ланцюгу.

Для визначення N- і С-кінцевих амінокислот є багато різних методів. Один з них, який почали використовувати для визначення N-кін-

цевих амінокислот,— це динітрофенільнпй метод. Його розробив англійський біохімік Ф. _Сенге р і застосував для вивчення первинної структури білка інсуліну. Суть методу полягає" в тому, що на білок у слабколужному середовищі діють 2,4-динітрофторбепзолом, який реагує з N-кінцевою амінокислотою пептидного ланцюга. При цьому утворюється динпрсфенільне похідне — ДНФ-похідне білка (пептиду):

N0;

2,4 Динітрофторбензол Пептидний ланцюг

---- »07*-\ \-NH-:H-CO-(NH-CH-CO)_fl-NH-CH-COOM * HP

^=< R R R

NO,

ДНФ-похідне білка (пептиду)

Далі в результаті кислотного гідролізу (6 н. розчин НСІ) динітро-фенільного похідного білка (пептиду) усі пептидні зв'язки розриваються, крім зв'язку, утвореного 2,4-динітрофенільною групою і а-аміногрупою N-кінцевої амінокислоти. За цих умов утворюються вільні амінокислоти і динітрофенільне похідне N-кінцевої амінокислоти:

°'^N \ / ^NH_CH~^CO"^(NH"'^CH~^CO)fl-^NH-CH-COOH + («>|)Н»0 -

Ч /? R R

N0,

ДНФ-похідне N-кінцевої ₀

амінокислоти ^Вільн|амінокислоти

Потім за допомогою відповідних методів (хроматографії, електрофорезу, колориметрії, спектрофотометрії) здійснюють якісний і кількісний аналізи л-кінцевих амінокислот. Більш чутливим методом, ніж динітрофенільнпй, є^^іісліліШій-44«тед-визііачення N-кінцевих амінокислот. Суть цього методу полягає в тому, що N-кінцєва амінокислота пептиду в лужному середовищі взаємодіє з 1-диметпламіпонафтил-5-сульфонілхлоридом (дансилом). При цьому утворюється диметиламін-

Si

нафтилсульфоніл-білок (ДНС-білок):

NH-CH-CO-(NH-CH-CO)_fl-NH-CH-COOH + НО.

' ' ■ і

R К R

ДНС-білох

Далі здійснюють кислотний гідроліз ДНС-білка 20 %-м розчином НС1, що приводить до утворення вільних амінокислот і N-кінцевої амінокислоти у вигляді ДНС-похідного:

Після цього ДНС-амінокислоту, завдяки інтенсивній флуоресценції дансильних груп, виявляють і кількісно визначають.

Для визначення N-кінцевих амінокислот зараз широко використовують фентлтюгідантоїновин метод, розроблений С-- F"^M;i"ⁿM £^у^и методу полягає в тому, що на білок (пептид) діють фенілізотіоціанатом, що приводить до утворення фенілтіокарбамільного похідного (ФТК-похідного білка — пептиду):

Потім на ФТК-похідне діють розчином соляної кислоти, розчиненої в органічних розчинниках. При цьому відбувається циклізація і відщеплення N-кінцевої амінокислоти у вигляді фенілтіогідантоїну:

С,Н₅—NH CO—NH-CH-CO(-NH-CH-CO)_n-NH-CH-COOH—->

С CHR R R R

S NH

->C,H₅-N-CO + JI₂N -CH—CO(-NH-CH-CO)„-NH—CH-COOH.

Ill I I

С СНУ? R R R

: NH Білок або пептид, укорочений на один

Фенілтіогідантоїн

Для ідентифікації фенілтіогідантоїну використовують хроматографію — тонкошарову, газорідинну тощо.

Основна перевага метолу Рдмана, порівняно з іншими методами, полягає в тому, що пептидний ланцюг, укорочений на одну амінокислоту, можна виділити непошкодженим і знову обробити його фенілізотіоціанатом, після чого знову утворюється фенілтіогідантоїн, у складі якого буде наступна N-кінцева амінокислота. Внаслідок багатьох * повторень цього процесу можна вивчити послідовність розміщення залишків амінокислот у пептидному ланцюзі молекули білка.

На основі методу Едмана сконструйовано автоматичний прилад для визначення послідовності амінокислот у поліпептидах, які містять велику кількість залишків амінокислот.

Для ш щачення N-кінцевих залишків амінокислот крім хімічних методів застосовують і ферментативний метод. З цією метою використовують фермент з групи екзопептидаз — лейцинаміноиептидазу, яка діє на пептид при наявності в N-кінцевій амінокислоті вільної

Ва

амінокислоти. Відщеплення однієї N-кінцевої амінокислоти зумовлює появу в пептидному ланцюзі нового залишку N-кінцевої амінокислоти.

Вивчення кінетики відщеплення амінокислот від поліпептиду дає певну інформацію про послідовність їх у ланцюгу.

Д«*я вивчен4Ш-С-- КІнцевц. х амінокислот часто використовують метод гідразиволізу, розроблений японським ученим Ф. АкабборІ, який грунтується на гідролізі поліпептидного ланцюга молекули білка гідрози-ном. При цьому С-кінцева амінокислота відщеплюється у вільному стані, а всі інші амінокислоти — у вигляді сполук з гідразином, які називають гідразидами:

НЛ-СН-СО- і\Н-СН-СО)„-\Н-бі-СООН <іп MJH/N-NH, ------------------------------- *

R R R

Поліпептидний ланцюг молекули білка Плразии

------- ► H^N-CH-COOH + In +l)H;N-CH-CO-NH-NH,

R R

С-Кіниева амінокислота Гідразиди амінокислот

Гідролізат потім обробляють 2,4-динітрофторбензолом, в результаті чого гідразиди перетворюються на ДНФ-гідразиди амінокислот (в), а С-кінцева амінокислота — на ДНФ-амінокнслоту (б):

---- * 0,N-/ V-_NH-CM-CO-\H-\H-/ V-\(), + 2HF.

NO; 0;N

ДНФ-пдрааид ₆)_0i\~/ V-F ♦ H,N-CH-COOH *O_tti-f V\H-CH-COOH + HF

SO j NO,

ДНФ-амінокислота

Після цього ДНФ-гідразиди екстракцією (оцтово-етнловим ефіром) відділяють від ДНФ-амінокислот. Останні якісно і кількісно ідентифікують, використовуючи для цього відповідні біохімічні методи.

Для визначення С-кінцевих амінокислот застосовують також ферментативний метод, використовуючи панкреатичні карбоксипептида-зи. Так, карбокснпептидаза А відщеплює від білка або пептиду лише той залишок амінокислоти, який має вільну карбоксильну групу.

 

Інформацію про послідовність С-кінцевих амінокислот у ланцюгу можна дістати під час визначення швидкості відщеплення кожного наступного залишку амінокислоти. Треба зазначити, що карбоксипепти-даза А малоактивна або зовсім неактивна до залишків С-кінцевих амінокислот лізину, аргініну і проліну. Тому залишки амінокислот лізину та аргініну з вільною карбоксильною групою легко відщеплюються за участю ферменту карбоксипептидази В.

Нині первинну структуру білків можна встановити також за будовою кодуючого його гена — чергування нуклеозидмонофосфатів на структурі ДНК.

Вторинна структура білків

Вторинна структура білка — це просторова конфігурація окремих ділянок поліпептидного ланцюга, його орієнтація та спосіб укладання в просторі.

Розрізняють такі види просторової конфігурації поліпептидних ланцюгів, які характеризують вторинну структуру,— спіральна, пошарово-складчаста та статичний клубок. Спіральна конфігурація представлена такою о пор я дкованою структурою, як а-спіраль, а пошарово-складчаста — р-структурою, крос-р-формою та р-вигином. Статичний клубок утворює невпорядковані безструктурні або аморфні ділянки поліпептидного ланцюга.

Спіральна структура. Модель просторової конфігурації поліпептидного ланцюга у вигляді се-спіралі вперше запропонували Л. Полінг і Р. Корі в 1951 р. на "основі даних рентгеноструктуриого аналізу білків і пептидів (рис. 15). Такий вигляд спіралі виявився найбільш ймовірним з урахуванням обмежень, зумовлених геометрією пептидних зв'язків, довжиною міжатомних відстаней, значенням тор-сійпих кутів повороту та інших особливостей, характерних для пептидних угруповань. Спіральна структура утворюється, як правило, тоді, коли в усіх ланках поліпептидного ланцюга кути повороту навколо рис. 16. Модель «-спіралі

С 5

простих зв'язків близькі до 60 або 45^е. Це приводить до поступового закручування поліпептидного ланцюга та утворення а-спіралі. Згідно з розрахунками Л. Полінга і Р. Корі, а-спіраль є найоптимальнішою в енергетичному відношенні, оскільки має найменший рівень вільної енергії. Стабілізується а-спіраль внутрішньомолекулярними водневими зв'язками, які виникають між воднем іміногрупи та киснем карбонільної групи пептидних угруповань oefpny поліпептидного ланцюга.

Усі водневі зв'язки, які стабілізують а-спіраль, приблизно паралельні до осі спіралі і колінеарні один одному, що відповідає мінімуму вільної енергії. Кожна карбонільна група утворює водневі зв'язки з четвертою по ходу ланцюга імінною групою, тобто утворюється 5 ->- 1 зв'язок з 13-членним циклом. Утворення водневих зв'язків усере:шиі ланцюгів є наслідком mpawc-орієнтації копланарного пептидного угруповання.

Радикали залишків амінокислот розміщуються на периферичних ділянках утвореного а-епіраллю уявного циліндра по різні боки від осі спіралі. Кислотно-основні властивості радикалів можуть забезпечувати гідрофобну або гідрофільну природу окремих ділянок поверхні а-спіральної структури.

Велика кількість неполярних радикалів, згрупованих на одному боці а-спіралі, утворює так звані гідрофобні кластери, або дуги, які можуть створювати умови для зближення окремих а-спіральних ділянок. Це має певне значення при формуванні надвторинних структур.

Радикали амінокислот помітно впливають на утворення і стабілізацію а-спіралг. Так, проведені дослідження з поліаланіном, радикали якого за величиною незначні і не мають заряду, свідчать про те, що він самовільно утворює а-спіральну структуру у водному розчині при рН = 7,0. Поліпептид на основі іншої амінокислоти — лізину, тобто полілізин, при цьому самому значенні рН а-спіралі не утворює, а має вигляд невпорядкованого клубка. У нейтральному середовищі радикали лізину мають позитивний заряд, що перешкоджає їм зближуватися, оскільки діють сили відштовхування, причому ці сили переважають сили, я*і необхідні для утворення внутрішньоланцюгових водневих зв'язків. Подібні експерименти було проведено з поліаміно-кислотами. Це дало змогу встановити, що деякі амінокислоти (аланін, валін, лейцин, метіонін, фенілаланін, тирозин, триптофан, гістидин тощо) сприяють утворенню а-спіралі, особливо коли вони розміщені поряд у поліпептидному ланцюгу. Тнші амінокислоти, такі як лізин, аргінін, гліцин, серин, треонін, аспарагінова і глутамінова кислоти сприяють дестабілізації а-спіралі. Разом з цим окремі амінокислоти, зокрема пролін і оксипролін, просторово в спіральну структуру не вкладаються. На цих ділянках напрям поліпептидного ланцюга змінюється на 103°, і спіральна структура порушується.

Наведені вище дані свідчать проте, що поліпептизні ланцюги у молекулах білка спіралізовані не повністю. Для кожного білка харак-

Таблиця 8. Ступінь спіралізації поліпептидних ланцюгів (за Девісом, 19С5)

Білок

Ступінь спіралізації', %

Білок

Ступінь

спіралізації".

 

Параміозин Міоглобін Гемоглобін	100 75 75	Лізоцим 35 Вірус тютюнової мозаїки (субодиниця) ЗО
Альбумін сироватки кроні		Пепсин Рибонуклеаза	28 17
Альбумін курячого яйця		Хімотрипсин

терний певний ступінь спіралізації пол і пептидного ланцюга (табл. 8). Наприклад, для білка гемоглобіну ступінь спіралізації дорівнює 75 %, для альбуміну курячого яйця — 45, а для рибонуклеази — лише 17 %. Тому під вторинною структурою білка розуміють певне співвідношення спіралізованих ділянок полі пептидного ланцюга з лінійними, нерегулярними, аморфними переходами, в яких порушені водневі зв'язки.

а-Спіраль характеризується такими параметрами (рис. 16). На один виток а-спіралі припадає 3,6 залишки амінокислот, а крок спіралі (відстань між витками) дорівнює 0,54 пм. Кут підйому витка дорівнює 26°, а висота одного залишку амінокислоти досягає 0,15 нм. Період ідентичності, тобто довжина відрізка спіралі, яка повністю повторюється по ходу її, становить 2,7 нм і включає 18 залишків амінокислот. Число атомів витка, який стабілізується водневими зв'язками, 13. Отже, формула а-спіралі має такі параметри: 3,6_]3-спіраль.

а-Спіраль може бути ліво- або правозакрученою. У білках, як правило, иравозакручена а-спіраль, що певною мірою пов'язано з тим, що до складу білків входять амінокислоти L-ряду. Для а-спіралі характерні певні особливості — а-спіраль має гвинтову симетрію і регулярність витків.

Слід зазначити, що крім розглянутої 3,6_к,-спіралі в білках можливі також інші типи а-спіралі: 3,₀; 4,4_1в-епіраль (я-спіраль) тощо, однак вони зустрічаються досить рідко у вигляді коротких фрагментів переважно па кінцях полі пептидного ланцюга.

Пошарово-складчаста структура. Це різновидність вторинної структури білків, яка має зигзагоподібну конфігурацію і характерна для розміщених паралельно витягнутих ділянок одного иоліпептидного ланцюга (крос-^-форма) або кількох поліпептидних ланцюгів (повна р-структура). У першому випадку структура стабілізується водневими зв'язками ь межах окремих ділянок одного полі пептидного ланцюга (внутрішньоланцюгові водневі зв'язки), а в другому — водневими зв'язками між суміжними ділянками кількох поліпептидних ланцюгів (міжланцюгові водневі зв'язки).

Рис. 16. Параметри а-спіралі

У нативних білках зустрічаються обидва види пошарово-складчастої структури. Крім того, пошаровс-складчаста структура має ще таку її" різновидність, як р-вигин (реверсний розворот), який виникає тоді, коли поліпептидний ланцюг робить розворот назад та орієнтується вздовж самого себе в зворотньому напрямі.

Залежно від взаємної орієнтації ланцюгів у пошарово-складчастих структурах розрізняють паралельні та антипаралельні ^-структури (паралельний і антипаралельний складчастий лист або шар) (рис. 17). У паралельного складчастого шару N-кінці поліпептидних ланцюгів

Рис. 17. Види р-струкіури:

а — загальний вигляд; б — паралельний складчастий лист; в— антв. паралельний складчастий лист

спрямовані в один бік, а в анти-
паралельного складчастого ша
ру — в різні боки. Краї анти-
паралельних р-структур утво
рюють р-вигини або реверсні
розвороти, до складу яких вхо
дить чотири послідовно розміще
них залишки амінокислот,
білілованих 4 -> 1 -водневими
зв'язками. р-Вигини є характер
ним елементом просторової
структури більшості білків.
Фрагменти Р-структури з двох
Рис. 18. Вторинна структура флаводок- антипаралельних ланцюгів, що
ень) (а р-білок) містять р-вигин, називаються

р-шп ильками. Уперше Р-структуру, як один з варіантів просторової конфігурації поліпептндного ланцюга, було описано в 1941 р. У. Астбері на основі рептгеноструктурного аналізу білка р-кератину. В 50-х роках Л. По-лінг і Р. Корі докладно вивчили особливості Р-структури, її види, стабілізацію тощо. До білків з р-структурою належать фіброїн шовку, кератин волосся та інші фібрилярні білки. У глобулярних білків у формуванні р-структур беруть участь до 15 % залишків амінокислот. Наявність р-структур у молекулах фібриляриих білків визн^чаз їхню міцність та еластичність. У фіброїні шовку поліпептидні ланцюги розміщені антипаралельно. В процесі функціонування білки можуть зазнавати певних конформаційних змін "(флуктуацій), внаслідок чого можливими є переходи від а-спіралей до р-структур і навпаки. Так, при скороченні хвостового чохла бактеріофага Т-4 відбувається зменшення числа а-спіралей і збільшення р-структур у білках чохла. На кон-формаційні зміни в білках впливають зовнішні фактори (рН, іонний склад, температура). Такий перехід характерний для білків волосся і шерсті. Цеє причиною того, що шерстяні речі «сідають» під час прання. Цей процес є основою хімічних і термічних перманентів. У багатьох білках одночасно зустрічаються фрагменти а-спіралі та р-струк-тури, які чергуються з безструктурними ділянками у вигляді статичних клубків. Отже, під вторинною структурою білків розуміють просторову конфігурацію впорядкованих та аморфних нерегулярних ділянок поліпептидних ланцюгів (рис. 18).

Відомо, що впорядковані ділянки поліпептидних ланцюгів можуть взаємодіяти між собою, внаслідок чого утворюється надвторинна структура. Найпростішим прикладом надвторинної структури є супер-спіралізована а-спіраль, в якій дві чи більше а-спіралі закручені одна відносно одної, утворюючи лівозакручепу суперспіраль (рис. 19). Наприклад, у молекулі кератину три а-спіральні ланцюги скручені у

Рис. 19. Суперспіралізація ос-спіралі

протофібрилу, а протофібрили, в свою чергу, утворюють мікрофібрилу. Короткі ділянки суперспіралізованих анти паралельних суперспіралей можуть зустрічатися в молекулах деяких глобулярних білків (гемеритрин, бакте-ріородопсин). Для багатьох молекул глобулярних білків характерним б доменний принцип просторової організації структури. Домени — це структурно і функціонально обособлен і ділянки молекули, які сполучені одна з одною короткими ділянками полі пептидного ланцюга (шарнірними ділянками). Кілька структурних доменів можуть об'єднуватися в функціональні домени і відігравати важливу роль у забезпеченні біологічної активності білків — ферментів (коферментзв'язуючі домени). У міждоменних ділянках можуть розміщуватися активні центри ферментів.

Усі білки за організацією вторинної структури — співвідношенні ct-спіралі і fJ-структури та характеру розміщення їх у поліпептидпих ланцюгах і доменах — поділяють па кілька груп: а-, р-, а 4- Р- і а р-білки. У а -Ь (і-білках у складі молекул є ділянки, що мають лише а-спіраль, і ділянки, побудовані лише зр-структур. У а/р-білках а-спіральні і Р-етруктурні ділянки чергуються по ходу ланцюга (рис. 20).

Отже, просторова конфігурація поліпептидних ланцюгів значною мірою визначається видом білка. Так, у фібрилярних білків вторинна структура може бути представлена лише спіральними або лише складчасто-слої-стими структурами. В глобулярних білках можливі різні варіанти: а) частина структури — а-спіраль, друга частина — складчастий лист, частина — статичний клу- іоотофібоили бок; б) частина структури — спіраль, частина — статичний клубок; в) складчастий лист — статичний клубок; г) уся структура — статичний клубок.