Вторичная структура – локальные высокоупорядоченные конформации белковой цепи – спирали и складчатые слои.

В 1950 г. Л. Полинг и Р. Кори показали, что наиболее выгодной конформацией полипептидной цепи является правозакрученная a-спираль.

Основной вклад в закрепление этой конформации цепи вносят водородные связи, формирующиеся между параллельными участками пептидных групп.

Вторичная структура также стабилизуется дисульфидными мостиками по месту цистеиновых остатков.

Известна другая вторичная структура белка: b-структура в виде складчатого листа b-Структура образуется из нескольких полипептидых цепей связанных водородными связями.

Третичная структура – форма белковой молекулы; трёхмерная структура белка.

Укладка нерегулярных областей и α- и b-структур в глобулу определяет третичную структуру белка. Третичная структура является более сложной пространственной организацией макромолекулы, которая стабилизируется водородной связью, дисульфидными мостиками, гидрофобными взаимодействиями и силами Ван-дер-Ваальса.

По третичной структуре белки делят на:

- глобулярные – для них характерна a-спиральная структура, уложенная в пространстве в виде сферы – глобулы (например, яичный белок, фермент – глобин в составе гемоглобина);

- фибриллярные – для них характерна b-структура. Как правило, эти белки имеют волокнистое строение и к ним относятся белки мышц, ткани – миоинозин, бетта-кератин волос.

Четвертичная структура известна для некоторых белков, выполняющих важные физиологические функции. Четвертичная структура – агрегат нескольких белковых молекул, образующих одну структуру.

Взаимодействия: ионные, водородные, гидрофобные, ковалентные (дисульфидные).

Протомер – отдельная полипептидная цепь.

Субъединица – функциональная единица.

Например, четвертичная структура глобина является пространственным образованием 4-х субъединиц. Доказано, что переносчиком кислорода гемоглобин может только при наличии четвертичной структуры глобина.

Контрольные вопросы

1. Классификация, биологическая роль пептидов и белков.

2. Пространственное строение пептидной группы. Схема образования трипептида.

3. Физико-химические свойства: изоэлектрическая точка трипептида.

4. Химические свойства пептидов и белков: кислотно-основные свойства, гидролиз.

5. Уровни структурной организации белковой молекулы.

 

Типовые задания

Задание 1. Фрагментом гормона окситоцина является трипептид цис-тир-иле. Напишите строение этого пептида, выделите пептидные связи и дайте полное название данного пептида.

Решение.

 

Задание 2. Напишите формулу трипептида гис-лиз-три. Дайте полное название этого трипептида, укажите пептидные связи, N- и
С-концевые аминокислоты. Определите, в какой области рН находится изоэлектрическая точка данного пептида.

Решение.

Изоэлектрическая точка этого пептида находится в щелочной среде, так как в данном пептиде число основных групп преобладает над числом кислотных групп.

Задание 3. Определите область значений рН, в которой находится изоэлектрическая точка (pI) трипептида глициллизилтирозин (ГЛИ-ЛИЗ-ТИР). Укажите, какой заряд имеет трипептид в растворе с рН 4,5 и к какому электроду в этом случае он будет перемещаться при электрофорезе.

Решение.

 

 

В нейтральной среде положительный заряд на аминогруппе N-концевой аминокислоты нивелируется отрицательным зарядом на карбоксильной группе С-концевой аминокислоты. Поэтому в нейтральной среде заряд пептида равен сумме зарядов боковых цепей аминокислот.

Боковой радикал глицина не заряжен, лизина – имеет положительный заряд, тирозина – отрицательный заряд. Суммарный заряд пептида равен нулю. Это пептид нейтрального характера. Таким образом, pI находится в нейтральной среде (pI» 6,8).

В кислой среде при рН 4,5 по принципу Ле Шателье диссоциация карбоксильной группы и фенольного гидроксила подавляется, а протонирование аминогрупп усиливается, поэтому данный трипептид заряжен положительно. При электрофорезе он будет перемещаться к отрицательно заряженному электроду – катоду.

 

Задание 4. Укажите направления движения (движутся к катоду или к аноду, не перемещаются в электрическом поле) в процессе электрофореза при рН 1,9; 3; 6,5 и 13 следующих пептидов:

а) лиз-гли-ала-гли;

б) лиз-гли-ала-глу.

Решение.

Изоэлектрическая точка этого пептида находится в щелочной среде, так как число аминогрупп превышает число карбоксильных групп.

В сильнокислой среде при рН 1,9 и при рН 3 за счет протонирования аминогрупп образуются катионы R - NH₃⁺ и пептид будет перемещаться к катоду. При рН 6,5 (среда почти нейтральная) пептид будет перемещаться к катоду, так как его изоэлектрическая точка находится в щелочной среде. В сильнощелочной среде при рН 13 образуется карбоксилат-ион и пептид будет перемещаться к аноду.

Изоэлектрическая точка этого пептида находится в среде близкой к нейтральной, так как число аминогрупп этого пептида равно числу карбоксильных групп. Поэтому в сильнокислой среде (при рН 1,9 и рН 3) диссоциация карбоксильных групп подавлена, а аминогруппы будут протонированы и пептид будет перемещаться к катоду. При рН 6,5 (среда близкая к нейтральной) пептид в электрическом поле перемещаться не будет, так как он находится в изоэлектрическом состоянии. В сильнощелочной среде (при рН 13) будут преобладать анионы (карбоксилат-ионы), и пептид начнет перемещаться к аноду.

Задание 5. Напишите формулу тетрапептид фен-цис-три-глу. С помощью каких цветных реакций можно доказать наличие в этом пептиде бензольного кольца, пептидной связи, серосодержащей аминокислоты и триптофана?

Решение.

Ароматическое кольцо в пептиде можно обнаружить реакцией с концентрированной азотной кислотой (ксантопротеиновая реакция).

Для качественного и количественного определения триптофана можно использовать реакцию Эрлиха - в среде серной кислоты появляется красно-фиолетовое окрашивание.

Наличие пептидной связи доказывается с помощью биуретовой реакции.

Для обнаружения цистеина используют реакцию с ацетатом свинца в щелочной среде.

 

Задание 6. Напишите тетрапептид со следующей последовательностью аминокислот: лизин-аланин-валин-глутаминовая кислота. Отметьте незаменимые аминокислоты, нейтральные и кислые. Выделите пептидную связь и объясните, почему она имеет плоское строение и вокруг каких связей возможно свободное вращение.

Решение.

Незаменимые кислоты - лизин и валин. Кислая кислота - глутаминовая, нейтральные - валин и аланин.

Плоское строение пептидной связи обусловлено sp²-гибридизацией атома углерода карбонильной группы. Сопряжение неподеленной пары электронов атома азота с двойной связью карбонильной группы

(, р-π сопряжение) приводит к частичной двоесвязанности связи С - N, что и объясняет плоское строение пептидной группы.

Свободное вращение возможно вокруг одинарной связи азота с
α-углеродным атомом и вокруг связи α-углеродного атома с

 

атомом углерода карбонильной группы:

Тестовые задания для самоконтроля