3D-структура белков (введение во введение и повторение школьных знаний) А.Б.Рахманинова, Д.А.Равчеев, 2009

Что такое белок?
Белок – линейный гетерополимер, мономерами которого являются
L-α-аминокарбоновые кислоты
L-аланин

Пептидная связь

Пептидная связь
Пептидная связь прочнее, чем другие амиды
Атомы пептидного звена ( Cα-C-N- Cα) лежат в одной плоскости
Валентные углы у атомов С и N примерно равны 120°
Вращение вокруг связи C-N затруднено
Возможны cis- и trans-конфигурации; в белках преобладают trans
Карбонильный кислород – хороший акцептор водорода,
а амидный азот – хороший донор водорода

Вращения вокруг связей в остове белка

Двугранные (торсионные) углы

Двугранные (торсионные углы)
Могут принимать значения от –1800 до +1800
B′D′ совмещается с B′A′ поворотом против часовой стрелки
B′D′ совмещается с B′A′ поворотом по часовой стрелке
Построим проекции всех связей на плоскость, перпендикулярную связи В-С

Вращения вокруг связей в остове белка

Карта Рамачандрана:
даже в полиглициновой цепи существуют стерические ограничения
Карта запрещенных ( ) конформаций глицина

Уровни организации структуры белка
Первичная структура
Вторичная структура
Укладка (fold)
Третичная структура
Четвертичная структура

Первичная структура
Первичная структура –
это аминокислотная последовательность:
Met-Ala-Gly-Trp-Ala-Val-Asp……..

Вторичная структура
Вторичная структура белка – это упорядоченные расположения атомов основной цепи полипептида, безотносительно к типам боковых цепей (групп) и их конформациям.
Если упорядоченность такова, что двугранные углы одинаковы у всех остатков, то говорят о регулярной вторичной структуре. Регулярными вторичными структурами являются спирали и β– структуры.
Пример нерегулярной вторичной структуры –
β–поворот (β–изгиб, реверсивный поворот).

Вторичная структура
Любую регулярную структуру можно представить в виде линейной группы, т.е. спирали.
Спираль можно описать с помощью следующих параметров:
d – смещение вдоль оси, в расчете на 1 элемент (атом Сα),
r – расстояние от Сα–атома до оси,
n – число элементов на один виток спирали, хиральность (направление закрутки)
определяется знаком , «+» - правозакрученные структуры, «-» – левозакрученные.
/Г.Шульц, Р.Ширмер «Принципы структурной организации белков»/

Регулярные вторичные структуры

Укладка (fold)
Укладкой называют организацию в пространстве элементов регулярной вторичной структуры
α-спиральные белки

β-структурные белки

α/β-белки
Пример белка с двумя разными структурными доменами

куеукеуеке

Третичная структура
Третичной структурой называют расположение в пространстве всех атомов
одной полипептидной цепи.
Т.о. описание третичной структуры включает в себя
описание элементов вторичной структуры,
описание типа укладки,
описание структуры петель,
описание конформаций боковых групп всех аминокислотных остатков.

Третичная структура
Третичной структурой называют расположение в пространстве всех атомов
одной полипептидной цепи.
Т.о. описание третичной структуры включает в себя
описание элементов вторичной структуры,
описание типа укладки,
описание структуры петель,
описание конформаций боковых групп всех аминокислотных остатков.

Гидрофобные взаимодействия – главный фактор, заставляющий глобулу свертываться

Вспомогательные взаимодействия: водородные связи

Ионные пары

Дисульфидные мостики характерны для секретируемых белков

От четвертичной структуры к молекулярным машинам