Гонський Я.І., Максимчук Т.П. Біохімія людини

Подождите немного. Документ загружается.

2.2. Ïåðâèííà ñòðóêòóðà á³ëê³â

Á³îëîã³÷íà ðîëü òà ôóíêö³îíàëüí³ âëàñòèâîñò³ á³ëê³â âèçíà÷àþòüñÿ

íàáîðîì àì³íîêèñëîò, ïîñë³äîâí³ñòþ ¿õ ðîçì³ùåííÿ òà ïðîñòîðîâîþ

ñòðóêòóðîþ á³ëêîâèõ ìîëåêóë.

Ðîçð³çíÿþòü ÷îòèðè ð³âí³ ñòðóêòóðíî¿ îðãàí³çàö³¿ á³ëê³â: ïåðâèííà,

âòîðèííà, òðåòèííà ³ ÷åòâåðòèííà ñòðóêòóðè.

Ïåðâèííà ñòðóêòóðà á³ëêà âêàçóº íà ÿê³ñíèé òà ê³ëüê³ñíèé ñêëàä

àì³íîêèñëîò ³ ïîðÿäîê ¿õ ðîçì³ùåííÿ ó á³ëêîâ³é ìîëåêóë³. ²íàêøå êàæó÷è,

ï³ä ïåðâèííîþ ñòðóêòóðîþ ðîçóì³-

þòü íàéïðîñò³øèé ð³âåíü ñòðóê-

òóðíî¿ îðãàí³çàö³¿ á³ëêîâî¿ ìîëå-

êóëè. Â³í ìàº âèãëÿä ïîë³ïåï-

òèäíîãî ëàíöþãà, ïîáóäîâàíîãî ³ç

çàëèøê³â àì³íîêèñëîò, ì³æ ÿêèìè

³ñíóþòü ïåïòèäí³ çâ'ÿçêè (ðèñ. 1.4).

Ö³ çâ'ÿçêè âïëèâàþòü íå ò³ëüêè íà

ôîðìó ïåðâèííî¿ ñòðóêòóðè, àëå ³

íà âèù³ ð³âí³ îðãàí³çàö³¿ ïîë³ïåï-

òèäíîãî ëàíöþãà. Àòîìè, ùî óòâî-

ðþþòü ïåïòèäíó ãðóïó, õàðàê-

òåðèçóþòüñÿ ðÿäîì îñîáëèâîñòåé:

1. Óñ³ àòîìè, ÿê³ âõîäÿòü ó ïåïòèäíó ãðóïó, çíàõîäÿòüñÿ â îäí³é ïëîùèí³.

2. Â³äíîñíî Ñ-N-çâ'ÿçêó àòîìè êèñíþ ³ âîäíþ â ïåïòèäí³é ãðóï³

çàéìàþòü òðàíñïîëîæåííÿ.

3. Àòîìè âîäíþ ³ êèñíþ ãðóïè -ÑÎ-NH- ìîæóòü óòâîðþâàòè äâà

âîäíåâ³ çâ'ÿçêè ç ³íøèìè ãðóïàìè, çîêðåìà ïåïòèäíèìè.

4. Ïåïòèäí³ ãðóïè, ùî â³äçíà÷àþòüñÿ æîðñòê³ñòþ (âñ³ àòîìè ìàþòü

îáìåæåíó çäàòí³ñòü âèõîäèòè ç îäí³º¿ ïëîùèíè), ÷åðãóþòüñÿ â ïîë³-

ïåïòèäíîìó ëàíöþç³ ç â³äíîñíî ðóõîìèìè ä³ëÿíêàìè (-ÑÍR), ùî çäàòí³

îáåðòàòèñü íàâêîëî çâ'ÿçê³â.

Òàê³ îñîáëèâîñò³ ïåïòèäíèõ ãðóï âïëèâàþòü íà óêëàäêó ïîë³ïåï-

òèäíîãî ëàíöþãà ó ïðîñòîð³.

Äëÿ âèâ÷åííÿ ïåðâèííî¿ ñòðóêòóðè âèêîðèñòîâóþòü ÿê õ³ì³÷í³

÷èííèêè, òàê ³ ôåðìåíòè. Ò³ ôåðìåíòè, ùî âèêëèêàþòü ã³äðîë³òè÷íå

ðîçùåïëåííÿ ïåïòèäíèõ çâ'ÿçê³â, íàçèâàþòüñÿ ïðîòåîë³òè÷íèìè ôåð-

ìåíòàìè. Âîíè ä³ëÿòüñÿ íà äâ³ ãðóïè:

1. Åêçîïåïòèäàçè, ÿê³ â³äùåïëþþòü ê³íöåâó àì³íîêèñëîòó. ßêùî

â³äùåïëþºòüñÿ àì³íîêèñëîòà ç N-ê³íöÿ, òî ôåðìåíò íàçèâàþòü àì³íî-

ïåïòèäàçîþ, ÿêùî ³ç Ñ-ê³íöÿ, òî öå êàðáîêñèïåïòèäàçà.

2. Åíäîïåïòèäàçè ä³þòü íà çâ'ÿçêè, ðîçì³ùåí³ âñåðåäèí³ ïåïòèäíîãî

ëàíöþãà. Âîíè ïðîÿâëÿþòü ñïåöèô³÷í³ñòü ä³¿ ùîäî àì³íîêèñëîò ëàíöþãà

(ä³ÿ öèõ åíäîïåïòèäàç îïèñàíà â ðîçä³ë³ "Òðàâëåííÿ á³ëê³â"). Ñþäè

â³äíîñÿòü òðèïñèí, õ³ìîòðèïñèí, ïåïñèí.

Ðèñ. 1.4. Ñõåìà áóäîâè ïîë³ïåïòèäíîãî

ëàíöþãà (HC–R – â³äíîñíî ðóõîì³ ä³ëÿí-

êè; –CONH– ïåïòèäí³ ãðóïè, âñ³ àòîìè

ÿêèõ çíàõîäÿòüñÿ â îäí³é ïëîùèí³).

Íàâåäåìî ïðèêëàä, ùî ïîêàçóº ñïåöèô³÷í³ñòü ä³¿ ïðîòåîë³òè÷íèõ

ôåðìåíò³â íà äåêàïåïòèä:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

(N-кінець) Лей—Вал—Арг—Мет—Глі—Фен—Ліз—Тир—Цис—Вал (С-кінець)

Амінопеп-

тидаза

Трипсин Хімо-

трипсин

Карбокси-

пептидаза

Трипсин

Хімо-

трипсин

Âèêîðèñòîâóþ÷è âêàçàí³ ôåðìåíòè, ìîæíà ðîçêëàñòè ïåïòèäè ÷è

á³ëîê äî îêðåìèõ àì³íîêèñëîò àáî ôðàãìåíò³â ïîë³ïåïòèäíîãî ëàíöþãà.

ßê³ñíèé ñêëàä àì³íîêèñëîò òà ¿õ âì³ñò ó á³ëêó ç'ÿñîâóþòü çà äîïîìîãîþ

õðîìàòîãðàô³¿. Ïîñë³äîâí³ñòü àì³íîêèñëîò ó ïîë³ïåïòèäíîìó ëàíöþç³

âèçíà÷àþòü çà äîïîìîãîþ õ³ì³÷íèõ ìåòîä³â. Ñåðåä íèõ íàéïîøèðåí³øèì

º äèí³òðîôåí³ëüíèé ìåòîä, ðîçðîáëåíèé Ñåíäæåðîì. Íà ðèñ. 1.5 ïîêàçàíà

ïðèíöèïîâà éîãî ñõåìà.

²äåíòèô³êàö³ÿ ê³íöåâî¿ àì³íîêèñëîòè çà Ñåíäæåðîì ãðóíòóºòüñÿ

íà ðåàêö³¿ ê³íöåâî¿ àì³íîãðóïè ïîë³ïåïòèäó ³ç 1-ôòîð-2,4-äèí³òðîôòîð-

áåíçîëîì (ÄÍÔÁ). Ïðè öüîìó óòâîðþºòüñÿ 2,4-äèí³òðîôåí³ëüíå ïîõ³äíå

á³ëêà òà âèä³ëÿºòüñÿ HF. Óòâîðåíó ñïîëóêó ï³ääàþòü êèï'ÿò³ííþ ïðè

Ðèñ. 1.5. Ïðèíöèïîâà ñõåìà ìåòîäó Ñåíäæåðà.

HN CH

CO NH CH

COOH

HN CH

COOH

CHH

CO NH CH

COOH

ДНФБ

ïîë³ïåïòèä

(á³ëîê)

Ã³äðîë³ç

â³ëüí³ àì³íîêèñëîòè+

Äèí³òðîôåí³ëàì³íîêèñëîòà,

ùî â³äïîâ³äàº N-ê³íöåâîìó

çàëèøêó

íàÿâíîñò³ 6í ÍÑl ç ìåòîþ ðîçùåïëåííÿ âñ³õ ïåïòèäíèõ çâ'ÿçê³â. Àëå

ê³íöåâà àì³íîêèñëîòà çàëèøàºòüñÿ ó âèãëÿä³ 2,4-äèí³òðîôåí³ëüíîãî

ïîõ³äíîãî. ¯¿ ðîçï³çíàþòü õðîìàòîãðàô³÷íèì ñïîñîáîì.

Çíà÷íîãî ïîøèðåííÿ íàáóâ ìåòîä Åäìàíà (ðèñ. 1.6) ç âèêîðèñòàííÿì

ôåí³ë³çîò³îö³àíàòó (Ô²ÒÖ). Ìåòîä áàçóºòüñÿ íà ðåàêö³¿ ôåí³ë³çîò³îö³àíàòó

ç àì³íîêèñëîòîþ ïåïòèäíîãî ëàíöþãà, ùî ìàº â³ëüíó NH

-ãðóïó (N-ê³íåöü

ëàíöþãà). Ïðè öüîìó óòâîðþºòüñÿ ÔÒÃ-àì³íîêèñëîòà (ôåí³ëò³î-

ã³äàíòî¿íîâå ïîõ³äíå N-ê³íöåâî¿ àì³íîêèñëîòè), ÿêà â³äîêðåìëþºòüñÿ â³ä

á³ëêà áåç éîãî ã³äðîë³çó, òîáòî çàëèøåíà á³ëêîâà ìîëåêóëà íå çì³íþºòüñÿ.

ÔÒÃ-àì³íîêèñëîòó åêñòðàãóþòü òà ³äåíòèô³êóþòü ìåòîäîì õðîìàòîãðàô³¿.

Äàë³ ïðîöåñ ïîâòîðþºòüñÿ, óòâîðþþ÷è ÔÒÃ-ïîõ³äí³ äðóãî¿ àì³íîêèñëîòè,

ïîò³ì òðåòüî¿ òîùî, ïîêè íå ðîçêëàäóòü óâåñü á³ëîê. Ïîáóäîâàí³ àâòî-

ìàòè÷í³ ïðèëàäè – ñåêâåíàòîðè, ÿê³ äîçâîëÿþòü ³ç âèêîðèñòàííÿì Ô²ÒÖ

âèâ÷àòè ïåðâèííó ñòðóêòóðó ïåïòèäíèõ ëàíöþã³â çàâäîâæêè äåê³ëüêà

äåñÿòê³â àì³íîêèñëîòíèõ çàëèøê³â. Á³ëüø³ çà ðîçì³ðîì á³ëêè ñïî÷àòêó

ôðàãìåíòóþòü çà äîïîìîãîþ ñïåöèô³÷íèõ ôåðìåíò³â, à ïîò³ì âèçíà÷àþòü

ïîñë³äîâí³ñòü ôåðìåíò³â ó âñ³é á³ëêîâ³é ìîëåêóë³.

²ñíóþòü ³ ³íø³, ïðèíöèïîâî ïîä³áí³ ñïîñîáè äîñë³äæåííÿ ïåðâèííî¿

ñòðóêòóðè á³ëêà. Àëå âñ³ âîíè âèìàãàþòü áàãàòî ïðàö³ é ÷àñó. Ñàìå

÷åðåç öþ ïðè÷èíó äîñ³ ðîçøèôðîâàíà ïåðâèííà ñòðóêòóðà â³äíîñíî

íåâåëèêî¿ ê³ëüêîñò³ á³ëê³â (ïðèáëèçíî 2500).

ßê âèäíî ç ðèñ. 1.7, ïåïòèä, âèä³ëåíèé ç ãåìîãëîá³íó, ñêëàäàºòüñÿ ³ç

ñåìè ð³çíèõ àì³íîêèñëîò. Â³í ì³ñòèòü ïî îäíîìó çàëèøêó ã³ñòèäèíó (ã³ñ),

âàë³íó (âàë), òðåîí³íó (òðå), ïðîë³íó (ïðî), ë³çèíó (ë³ç) ³ ïî äâà çàëèøêè

ëåéöèíó (ëåé) òà ãëóòàì³íîâî¿ êèñëîòè (ãëó). Â ñêëàä³ á³ëêà-ôåðìåíòó

ðèáîíóêëåàçè ì³ñòÿòüñÿ 124 çàëèøêè 17 ð³çíèõ àì³íîêèñëîò ³ äâîõ àì³ä³â.

N-ê³íöåâîþ àì³íîêèñëîòîþ º ë³çèí, Ñ-ê³íöåâîþ – âàë³í. Ó ÷îòèðüîõ

ä³ëÿíêàõ ïîë³ïåïòèäíèé ëàíöþã ç'ºäíóºòüñÿ çà äîïîìîãîþ äèñóëüô³äíèõ

çâ'ÿçê³â (S–S). Ö³ çâ'ÿçêè óòâîðåí³ ì³æ öèñòå¿íîâèìè çàëèøêàìè ïîë³-

ïåïòèäíîãî ëàíöþãà â ðåçóëüòàò³ â³äùåïëåííÿ àòîì³â âîäíþ â³ä ñóëüô-

ã³äðèëüíèõ ãðóï SH öèñòå¿íó â òàêèõ ïîëîæåííÿõ: 24-86; 40-96; 58-110;

65-72.

NCS

Ô²ÒÖ

-àì³íîêèñëîòà ÔÒÃ-àì³íîêèñëîòà

Ðèñ. 1.6. Ïðèíöèïîâà ñõåìà ìåòîäó Åäìàíà.

Ãîðìîí á³ëêîâî¿ ïðèðîäè ³íñóë³í ïîáóäîâàíèé ³ç äâîõ ïîë³ïåïòèäíèõ

ëàíöþã³â: îäèí ì³ñòèòü 21, à äðóãèé – 30 çàëèøê³â àì³íîêèñëîò. Îáèäâà

ëàíöþãè ñêð³ïëþþòüñÿ ì³æ ñîáîþ äèñóëüô³äíèìè çâ'ÿçêàìè â ïîëîæåííÿõ:

7-7; 20-19.

2.3. Âòîðèííà ñòðóêòóðà

Ïîë³ïåïòèäíèé ëàíöþã íå ëåæèòü â îäí³é ïëîùèí³. Âíàñë³äîê

âçàºìîä³¿ ì³æ ïîâòîðþâàíèìè ñòðóêòóðíèìè êîìïîíåíòàìè òà

çàëèøêàìè àì³íîêèñëîò ëàíöþã íàáóâàº ïåâíî¿ ïðîñòîðîâî¿ ñòðóêòóðè

(êîíôîðìàö³¿). Ó á³ëêàõ ðîçð³çíÿþòü äâà ð³âí³ êîíôîðìàö³¿ ïåïòèäíèõ

ëàíöþã³â – âòîðèííó ³ òðåòèííó ñòðóêòóðè. Âòîðèííà ñòðóêòóðà ÿâëÿº

ñîáîþ ïðîñòîðîâî âïîðÿäêîâàíó êîíô³ãóðàö³þ (ôîðìó) ïîë³ïåïòèäíîãî

ëàíöþãà. Â îñíîâ³ óêëàäêè ëàíöþãà â óïîðÿäêîâàíó ñòðóêòóðó âàæëèâà

ðîëü íàëåæèòü äâîì ÷èííèêàì:

1) ïñõèëüí³ñòü -ÑÎNH-ãðóï äî óòâîðåííÿ ³ç ñóñ³äí³ìè ãðóïàìè ³

âîäíåâèõ çâ'ÿçê³â ³ç ìåòîþ çàáåçïå÷åííÿ ñòðóêòóð³ ì³í³ìóìó â³ëüíî¿ åíåð-

ã³¿ àáî ìàêñèìóìó âîäíåâèõ çâ'ÿçê³â;

2) ïåïòèäíèé çâ'ÿçîê óòâîðþº ñòðóêòóðó,

âñ³ àòîìè ÿêî¿ çíàõîäÿòüñÿ â îäí³é ïëîùèí³.

Âíàñë³äîê öüîãî ïîâîðîòè àòîì³â íàâêîëî íüîãî

çàãàëüìîâàí³ ïîð³âíÿíî ç ³íøèìè òèïàìè

çâ'ÿçê³â (N-Cα i C-Cα).

Âíàñë³äîê òàêèõ îáìåæåíü ïðè óòâîðåíí³ ïåïòèäíèõ çâ'ÿçê³â ëàíöþã

íàáóâàº íå äîâ³ëüíî¿, à ïåâíî¿, ñòðóêòóðíî âïîðÿäêîâàíî¿, êîíôîðìàö³¿.

Çàðàç âèä³ëÿþòü 3 òèïè âòîðèííî¿ ñòðóêòóðè: α-cï³ðàëüíà, β-ñêëàä÷àñòà

òà êîëàãåíîâà ñï³ðàëü. Íà îñíîâ³ äàíèõ ðåíòãåíîñòðóêòóðíîãî àíàë³çó

Ë. Ïîë³íã ³ Ð. Êîð³ äîâåëè, ùî äëÿ ãëîáóëÿðíèõ á³ëê³â õàðàêòåðíîþ º

1 2 3 4 5 6 7 8 9

–Ã³ñ–Âàë–Ëåé–Ëåé–Òðå–Ïðî–Ãëó–Ãëó–Ë³ç

110

Ðèñ. 1.7. Ñõåìà ïåðâèííî¿ ñòðóêòóðè á³ëê³â ðèáîíóêëåàçè (À), ³íñóë³íó (Á) òà

íàíîïåïòèäó (Â), âèä³ëåíîãî ç ãåìîãëîá³íó.

α-ñï³ðàëüíà êîíô³ãóðàö³ÿ. Çàêðó÷óâàííÿ ïîë³ïåïòèäíîãî ëàíöþãà â ñï³ðàëü

â³äáóâàºòüñÿ çà ãîäèííèêîâîþ ñòð³ëêîþ (ïðàâèé õ³ä ñï³ðàë³). Çîâí³ α-ñï³-

ðàëü ïîä³áíà äî ðîçòÿãíóòî¿ ñï³ðàë³ åëåêòðè÷íî¿ ïëèòêè. Ñòðóêòóðà ñï³ðàë³

ñòàá³ë³çóºòüñÿ âîäíåâèìè çâ'ÿçêàìè, ùî óòâîðþþòüñÿ ì³æ -ÑÎ- ³ -NH-

ãðóïàìè àì³íîêèñëîò, ùî óòâîðþþòü ïåïòèäí³ çâ'ÿçêè. Âîäíåâ³ çâ'ÿçêè

âèíèêàþòü ì³æ ïåïòèäíèìè ãðóïàìè êîæíîãî ïåðøîãî ³ ÷åòâåðòîãî, äðóãîãî

³ ï'ÿòîãî òîùî çàëèøêàìè àì³íîêèñëîò; α-cï³ðàëü ìàº ãâèíòîïîä³áíó

ñèìåòð³þ, â³ñü ñï³ðàë³ ñïðÿìîâàíà ïåðïåíäèêóëÿðíî äî çàâèòê³â ñï³ðàë³.

Íà êîæíèé çàâèòîê ñï³ðàë³ ïðèïàäàº 3,6 àì³íîêèñëîòíèõ çàëèøê³â. Îäèí

çàâèòîê, àáî êðîê, ñï³ðàë³ äîð³âíþº 0,54 íì. Ïåð³îä ðåãóëÿðíîñò³ α-ñï³ðàë³

äîð³âíþº 5 çàâèòêàì, àáî 18 àì³íîêèñëîòíèì çàëèøêàì (ðèñ. 1.8).

²íøèì ð³çíîâèäîì âòîðèííî¿ ñòðóêòóðè á³ëêà, òàêîæ çàïðîïîíîâàíèì

Ë. Ïîë³íãîì ³ Ð. Êîð³, º β-còðóêòóðà (β-ñêëàä÷àñòèé øàð). Ó β-còðóêòóð³

ïåïòèäí³ ëàíöþãè ðîçì³ùóþòüñÿ ïàðàëåëüíî ì³æ ñîáîþ, óòâîðþþ÷è

ô³ãóðó, ùî íàãàäóº ëèñò ïàïåðó, ñêëàäåíîãî çèãçàãîïîä³áíî. Øàð ìîæå

Ðèñ. 1.8. Ñõåìà ³ ìîäåëü

αα

α-ñï³ðàë³.

Íà ñõåì³ (çë³âà) ïîêàçàíèé õ³ä ïîë³ïåïòèäíîãî ëàíöþãà â³äïîâ³äíî äî òàêîãî íà

ìîäåë³ (ñïðàâà); ïóíêòèðîì ïîçíà÷åí³ âîäíåâ³ çâ'ÿçêè ì³æ CO- ³ NH-ãðóïàìè;

àòîìè âîäíþ ïîêàçàí³ ó âèãëÿä³ ìàëåíüêèõ ê³ëåöü.

0,54 нм

0,15 нм

1-й виток

2-й виток

3-й виток

ñêëàäàòèñÿ ³ç äâîõ àáî á³ëüøî¿

ê³ëüêîñò³ ïîë³ïåïòèäíèõ ëàíöþ-

ã³â. β-còðóêòóðè óòâîðþþòüñÿ

ïàðàëåëüíèìè (N-ê³íö³ ëàíöþã³â

ñïðÿìîâàí³ â îäèí á³ê) ³ àíòèïàðàëåëüíèìè (N-ê³íö³ ñïðÿìîâàí³ â ð³çí³

áîêè) ëàíöþãàìè (ðèñ. 1.9).

β-còðóêòóðà, ÿêà ñêëàäàºòüñÿ ç ïîë³ïåïòèäíîãî ëàíöþãà, íàçèâàºòüñÿ

êðîñ-β-ôîðìîþ (êîðîòêà β-ñòðóêòóðà).

β-cêëàä÷àñò³ ñòðóêòóðè óòâîðþþòü ïåðåâàæíî ô³áðèëÿðí³ á³ëêè

(β-êåðàòèí, ô³áðî¿í òà ³í.). Çîêðåìà, β-êåðàòèí õàðàêòåðèçóºòüñÿ ïàðà-

ëåëüíèì ðîçì³ùåííÿì ïîë³ïåïòèäíèõ ëàíöþã³â, ÿê³ äîäàòêîâî ñòàá³ë³-

çóþòüñÿ ì³æëàíöþãîâèìè S-S-çâ'ÿçêàìè. À ó ô³áðî¿í³ øîâêó ñóñ³äí³

ïîë³ïåïòèäí³ ëàíöþãè àíòèïàðàëåëüí³.

COOH

êðîñ-

-ôîðìà

Ðèñ. 1.9. Ñõåìàòè÷íå çîáðàæåííÿ

ββ

β-ñòðóêòóð:

À – ïàðàëåëüí³ ëàíöþãè; Á – àíòèïàðàëåëüí³ ëàíöþãè.

Ï³ä âïëèâîì ïåâíèõ ôàêòîð³â á³ëêè ìîæóòü ïåðåõîäèòè ç α-ñòðóêòóð

ó β-ñòðóêòóðè ³ íàâïàêè. Êð³ì òîãî, ìîæå íàñòàâàòè ïîðóøåííÿ âòîðèííî¿

ñòðóêòóðè á³ëê³â (ðóéíóâàííÿ α- ³ β-ñòðóêòóð). Òàêèé ïðîöåñ íàçèâàþòü

"ïëàâëåííÿì" ïîë³ïåïòèä³â. Çà öèõ óìîâ âîäíåâ³ çâ'ÿçêè ðâóòüñÿ ³

ïîë³ïåïòèäí³ ëàíöþãè íàáóâàþòü ôîðìè íåâïîðÿäêîâàíîãî êëóáêà. Òðåáà

ìàòè íà óâàç³, ùî â áàãàòüîõ á³ëêàõ îäíî÷àñíî ñïîñòåð³ãàþòüñÿ α-cï³ðàëüí³

ä³ëÿíêè ³ β-còðóêòóðè. Á³ëê³â, ÿê³ ñêëàäàþòüñÿ ò³ëüêè ³ç α-ñï³ðàëåé, ìàéæå

íå áóâàº. Íàïðèêëàä, ó á³ëêó òðèïñèí³ ò³ëüêè 14 % àì³íîêèñëîò óòâîðþþòü

α-ñï³ðàë³ òà 45 % – β-ñòðóêòóðè. Ó á³ëêó ³íñóë³í³ íà α- i β-ñòðóêòóðè

ïðèïàäàº â³äïîâ³äíî 52 % ³ 6 %. Ä³ëÿíêè ïîë³ïåïòèäíîãî ëàíöþãà, ùî íå

ìàþòü ïåð³îäè÷íî¿ ïðîñòîðîâî¿ îðãàí³çàö³¿ (α- aáî β-ñòðóêòóðè), óòâîðþþòü

òàêîæ ñâîþ ô³êñîâàíó êîíôîðìàö³þ, ÿêà âèçíà÷àºòüñÿ àì³íîêèñëîòíèì

ñêëàäîì ö³º¿ ä³ëÿíêè. Àëå ì³ñöÿ ëàíöþãà ç íåâïîðÿäêîâàíîþ ïðîñòîðîâîþ

ñòðóêòóðîþ ìàþòü çäàòí³ñòü çãèíàòèñÿ òà çì³íþâàòè ñâîþ êîíôîðìàö³þ,

òîä³ ÿê ñï³ðàë³ é ñêëàä÷àñòèé øàð º æîðñòêèìè ñòðóêòóðàìè.

Îêðåìèì âèäîì âòîðèííî¿ ñòðóêòóðè º êîëàãåíîâà ñï³ðàëü. Âîíà

ïîáóäîâàíà ³ç òðüîõ ñï³ðàë³çîâàíèõ ëàíöþã³â òðîïîêîëàãåíó, ùî ìàº ôîðìó

ÀÁ

O...HN

NH...O

COOH

O...HN

HO O C

ñòåðæíÿ ä³àìåòðîì 1,5 íì ³ äîâæèíîþ 300 íì. Ñï³ðàë³çîâàí³ ëàíöþãè

çàêðó÷óþòüñÿ îäèí íàâêîëî îäíîãî é óòâîðþþòü ñóïåðñï³ðàëü. Â³ääàëü

ì³æ äâîìà àì³íîêèñëîòíèìè çàëèøêàìè ñêëàäàº 0,29 íì, à íà îäèí çàâèòîê

ñï³ðàë³ ïðèïàäàº 3,3 çàëèøêè. Êîëàãåíîâà ñï³ðàëü ñêð³ïëþºòüñÿ âîäíåâèìè

çâ'ÿçêàìè, ùî âèíèêàþòü ì³æ ïåïòèäíèìè ãðóïàìè -ÑÎ-NH- ñóñ³äí³õ

ïîë³ïåïòèäíèõ ëàíöþã³â. Òàêà ñòðóêòóðà íàäàº êîëàãåíîâ³ âåëèêî¿

ïðóæíîñò³ òà ì³öíîñò³ íà ðîçðèâ.

Äëÿ âèÿâëåííÿ â á³ëêàõ α-cï³ðàëåé ³ β-ñòðóêòóð âèêîðèñòîâóþòü

ìåòîä ñïåêòðîïîëÿðèìåòð³¿. Ìåòîä ãðóíòóºòüñÿ íà çäàòíîñò³ àì³íîêèñ-

ëîòíèõ çàëèøê³â ïîë³ïåïòèäíîãî ëàíöþãà ïîâåðòàòè ïëîùèíó ïîëÿðè-

çîâàíîãî ñâ³òëà. ßêùî á³ëîê çíàõîäèòüñÿ â ñòàí³ íåâïîðÿäêîâàíîãî

êëóáêà, òî â³í ïîâåðòàº ïëîùèíó ïîëÿðèçîâàíîãî ïðîìåíÿ âë³âî.

α-ñï³ðàë³ é β-ñòðóêòóðè ïîâåðòàþòü ïëîùèíó ïîëÿðèçàö³¿ ñâ³òëà

âïðàâî. Ì³æ ñòóïåíåì ïðàâîãî ïîâåðòàííÿ ³ âì³ñòîì ó á³ëêó α- òà β-ñòðóêòóð

³ñíóº ïðÿìà çàëåæí³ñòü.

Âèçíà÷àþòü ñòóï³íü ñï³ðàë³çàö³¿ á³ëê³â (âì³ñò α-ñï³ðàëåé) çà äîïî-

ìîãîþ ÓÔ-ñïåêòðîôîòîìåòð³¿. Ìåòîä áàçóºòüñÿ íà ã³ïîõðîìíîìó åôåêò³,

òîáòî çíèæåíí³ ïîãëèíàííÿ âèïðîì³íþâàíü ç äîâæèíîþ õâèë³ 190 íì

á³ëêîì, ùî çíàõîäèòüñÿ â ñï³ðàë³çîâàíîìó ñòàí³, ïîð³âíÿíî ç á³ëêîì,

ÿêèé ïåðåáóâàº â ñòàí³ íåâïîðÿäêîâàíîãî êëóáêà (àìîðôíèé). Ì³æ

³íòåíñèâí³ñòþ ã³ïîõðîìíîãî åôåêòó ³ ñòóïåíåì ñï³ðàë³çàö³¿ á³ëêà ³ñíóº

ïðÿìà çàëåæí³ñòü.

2.4. Òðåòèííà ñòðóêòóðà á³ëêà

Ï³ä òðåòèííîþ ñòðóêòóðîþ á³ëêà ðîçóì³þòü ôîðìó óïàêîâêè á³ëêîâî¿

ìîëåêóëè â ïðîñòîð³. Çà ôîðìîþ òðåòèííî¿ ñòðóêòóðè á³ëêè ä³ëÿòüñÿ íà

ãëîáóëÿðí³ é ô³áðèëÿðí³. Ãëîáóëÿðí³ á³ëêè ìàþòü åë³ïñî¿äíó ôîðìó, à

ô³áðèëÿðí³ – âèäîâæåíó (ïàëè÷êè, íèòêè). Á³ëüø³ñòü á³ëê³â ó íàòèâíîìó

ñòàí³ ìàº êîìïàêòíó ñòðóêòóðó. ßê³ ñèëè ñïðèÿþòü ôîðìóâàííþ

òðåòèííî¿ ñòðóêòóðè á³ëêà? Äîâåäåíî, ùî ó ôîðìóâàíí³ ïðîñòîðîâî¿

ñòðóêòóðè á³ëê³â, êð³ì êîâàëåíòíèõ çâ'ÿçê³â (ïåïòèäí³ é äèñóëüô³äí³),

îñíîâíó ðîëü â³ä³ãðàþòü òàê çâàí³ íåêîâàëåíòí³ çâ'ÿçêè: âîäíåâ³, ³îíí³,

âàíäåðâààëüñîâ³ ñèëè, ã³äðîôîáíà âçàºìîä³ÿ òà ³íø³. Çà ñó÷àñíèìè äàíèìè,

³íôîðìàö³ÿ äëÿ óòâîðåííÿ òðåòèííî¿ ñòðóêòóðè çàêëàäåíà ãåíåòè÷íî â

ïåðâèíí³é ñòðóêòóð³. Ðóø³éíîþ ñèëîþ äëÿ óòâîðåííÿ òðèâèì³ðíî¿

ñòðóêòóðè á³ëêà º âçàºìîä³ÿ àì³íîêèñëîò ³ç ìîëåêóëàìè âîäè. Çà öèõ

óìîâ íåïîëÿðí³ (ã³äðîôîáí³) ðàäèêàëè òàêèõ àì³íîêèñëîò, ÿê ëåéöèí,

³çîëåéöèí, ôåí³ëàëàí³í, òðèïòîôàí, âèøòîâõóþòüñÿ ç âîäè ³ çàíóðþþòüñÿ

âñåðåäèíó á³ëêîâî¿ ìîëåêóëè. Ðàçîì ³ç òèì, ïîëÿðí³, àáî ³îíîãåíí³,

ðàäèêàëè (îñîáëèâî àñïàðàã³íîâî¿ ³ ãëóòàì³íîâî¿ êèñëîò, àðã³í³íó ³ ë³çèíó)

ðîçì³ùóþòüñÿ íà çîâí³øí³é ïîâåðõí³ ìîëåêóëè ³ ïåðåáóâàþòü ó

ã³äðàòîâàíîìó ñòàí³.

NCOOH

SSCH

CHH

N COOH

Ó ñòàá³ë³çàö³¿ òðåòèííî¿ ñòðóêòóðè á³ëê³â çíà÷íó ðîëü â³ä³ãðàþòü ³

äèñóëüô³äí³ çâ'ÿçêè, çà ðàõóíîê ÿêèõ â³ääàëåí³ ä³ëÿíêè îäíîãî ïîë³-

ïåïòèäíîãî ëàíöþãà (àáî äâîõ ñóì³æíèõ ëàíöþã³â) íàáëèæàþòüñÿ òà

ô³êñóþòüñÿ. Äèñóëüô³äí³ çâ'ÿçêè ³ñíóþòü ó áàãàòüîõ, àëå íå ó âñ³õ á³ëêàõ.

Íàïðèêëàä, ¿õ íåìàº â ãåìîãëîá³í³ òà ì³îãëîá³í³. Âîíè âèíèêàþòü çà

ðàõóíîê ñóëüôã³äðèëüíèõ (ò³îëîâèõ) ãðóï öèñòå¿íó. Ñïîëóêà, ÿêà óòâîðþ-

ºòüñÿ â ðåçóëüòàò³ îêèñíåííÿ 2-õ ìîëåêóë öèñòå¿íó, íàçâàíà öèñòèíîì:

Ïðèêëàäîì á³ëêîâèõ ñòðóêòóð, ùî ì³ñòÿòü äèñóëüô³äí³ çâ'ÿçêè,

ìîæóòü áóòè ³íñóë³í òà ðèáîíóêëåàçà. ²íñóë³í ì³ñòèòü äâà äèñóëüô³äí³

çâ'ÿçêè ì³æ ïåïòèäíèìè ëàíöþãàìè òà îäèí – ó ñàìîìó ïåïòèäíîìó

ëàíöþç³. Â ðèáîíóêëåàç³ äèñóëüô³äí³ çâ'ÿçêè ³ñíóþòü ì³æ â³ääàëåíèìè

ä³ëÿíêàìè ïîë³ïåïòèäíîãî ëàíöþãà (ðèñ. 1.7).

Ó ìîëåêóë³ á³ëêà ç òðåòèííîþ ñòðóêòóðîþ çóñòð³÷àþòüñÿ ä³ëÿíêè ó

âèãëÿä³ α-ñï³ðàëåé (ñï³ðàë³çîâàí³), β-ñòðóêòóð (ïîøàðîâ³) ³ íåâïîðÿäêîâà-

íîãî êëóáêà. Óñ³ á³îëîã³÷í³ âëàñòèâîñò³ á³ëê³â (êàòàë³òè÷í³, àíòèãåíí³, ãîðìî-

íàëüí³ òà ³í.) ïîâ'ÿçàí³ ³ç çáåðåæåííÿì ¿õ òðåòèííî¿ ñòðóêòóðè, ÿêó íàçèâàþòü

íàòèâíîþ (ïðèðîäíîþ) êîíôîðìàö³ºþ. Óñÿê³ âïëèâè (õ³ì³÷í³, ô³çèêî-õ³ì³÷í³,

òåðì³÷í³), ùî ïðèçâîäÿòü äî ïîðóøåííÿ ïðîñòîðîâî¿ êîíôîðìàö³¿ ìîëåêóëè

(ðîçðèâ âîäíåâèõ òà ³íøèõ íåêîâàëåíòíèõ çâ'ÿçê³â), ñóïðîâîäæóþòüñÿ

âòðàòîþ á³ëêîì éîãî âëàñòèâîñòåé òà á³îëîã³÷íî¿ àêòèâíîñò³.

Çàðàç äîñë³äæåíà òðåòèííà ñòðóêòóðà ê³ëüêîõ ñîòåíü ð³çíèõ á³ëê³â,

ñåðåä íèõ ì³îãëîá³íó, ãåìîãëîá³íó (ðèñ. 1.10), ÐÍÊàçè, ë³çîöèìó, õ³ìî-

òðèïñèíó, êàðáîêñèïåïòèäàçè òà ³íøèõ.

Äëÿ âñ³õ á³ëê³â ³ç òðåòèííîþ ñòðóêòóðîþ º õàðàêòåðíîþ, òàê çâàíà

"ìîçà¿÷íà" áóäîâà ïîâåðõí³ á³ëêà. Öå îçíà÷àº, ùî ïîâåðõíÿ á³ëêà â

îñíîâíîìó ã³äðîô³ëüíà, àëå ì³ñòèòü íåâåëèê³ íåïîëÿðí³ ä³ëÿíêè (îòæå,

Ðèñ. 1.10. Ìîäåë³ òðåòèííî¿ ñòðóêòóðè

ββ

β-ëàíöþãà ãåìîãëîá³íó (À) ³ ì³îãëîá³íó (Á)

äóæå ïîä³áí³ ì³æ ñîáîþ (ó âèãëÿä³ äèñêó – ãåìîãðóïà).

ÀÁ

íå âñ³ ã³äðîôîáí³ çàëèøêè àì³íîêèñëîò ðîçì³ùåí³ âñåðåäèí³ á³ëêîâî¿

ìîëåêóëè). Ñàìå ÷åðåç "ìîçà¿÷íó" ñòðóêòóðó ïîâåðõí³ á³ëêà çâ'ÿçóâàííÿ

ôåðìåíòó ç éîãî ñóáñòðàòîì àáî êîôåðìåíòîì çàâæäè â³äáóâàºòüñÿ çà

äîïîìîãîþ íåâåëèêî¿ ã³äðîôîáíî¿ ä³ëÿíêè íà ïîâåðõí³ á³ëêà. Öÿ ä³ëÿíêà,

ÿê ïðàâèëî, íåã³äðàòîâàíà (àáî ìàëî ã³äðàòîâàíà), ùî ñòâîðþº óìîâè

äëÿ âèíèêíåííÿ ã³äðîôîáíî¿ âçàºìîä³¿. Òðåáà ìàòè íà óâàç³, ùî á³ëêîâà

ãëîáóëà íå º àáñîëþòíî æîðñòêîþ ñòðóêòóðîþ: â ïåâíèõ ìåæàõ îêðåì³

ä³ëÿíêè ïåïòèäíîãî ëàíöþãà ìîæóòü âçàºìíî ïåðåì³ùóâàòèñÿ, ùî

ñóïðîâîäæóºòüñÿ ðîçðèâîì íåçíà÷íî¿ ê³ëüêîñò³ ñëàáêèõ çâ'ÿçê³â ³

óòâîðåííÿì íîâèõ. Ö³ çì³íè ìîæíà ðîçãëÿäàòè ÿê òåïëîâ³ ðóõè îêðåìèõ

ä³ëÿíîê ïåïòèäíîãî ëàíöþãà, âîíè íå âèêëèêàþòü ïîðóøåííÿ

êîíôîðìàö³¿ ìîëåêóëè. Íåâåëèê³ çì³íè ïðîñòîðîâî¿ ñòðóêòóðè á³ëê³â

â³äáóâàþòüñÿ ³ ïðè âçàºìîä³¿ ¿õ ç ³íøèìè ìîëåêóëàìè. Íàïðèêëàä,

êîíôîðìàö³ÿ ãåìîãëîá³íó ç ïðèºäíàíèì äî íüîãî êèñíåì äåùî â³äì³ííà

â³ä êîíôîðìàö³¿ ãåìîãëîá³íó áåç êèñíþ. Á³ëêîâà ìîëåêóëà õàðàêòå-

ðèçóºòüñÿ êîîïåðàòèâíèìè âëàñòèâîñòÿìè, òîáòî â³äïîâ³äàº íà âïëèâè

ÿê ºäèíå ö³ëå: çì³íà â îäí³é ÷àñòèí³ ìîëåêóëè ïðèçâîäèòü äî çì³íè ó

âñ³õ ÷àñòèíàõ ¿¿.

Â îñíîâ³ êîîïåðàòèâíî¿ çì³íè á³ëêà ëåæèòü îá'ºäíàííÿ àì³íî-

êèñëîòíèõ çàëèøê³â â ºäèíó ñòðóêòóðó çà äîïîìîãîþ ïåïòèäíèõ òà ³íøèõ

âçàºìîä³é.

Íàé÷àñò³øå âèêîðèñòîâóþòü ìåòîä ðåíòãåíîñòðóêòóðíîãî àíàë³çó

òà åëåêòðîííî¿ ì³êðîñêîï³¿. Ðåíòãåíîñòðóêòóðíèé àíàë³ç (ðèñ. 1.11) âèð³øóº

äâ³ ïðîáëåìè õ³ì³¿ á³ëê³â: çàêîíîì³ðíîñò³ ÷åðãóâàííÿ ïîñë³äîâíîñò³

àì³íîêèñëîòíèõ çàëèøê³â ó ïîë³ïåïòèä³ òà çàêîíîì³ðíîñò³ êîíôîðìàö³¿

á³ëêîâî¿ ìîëåêóëè.

Ì³æàòîìí³ â³ääàë³ â ìîëåêóëàõ îðãàí³÷íèõ ðå÷îâèí ñêëàäàþòü

0,1-0,2 íì, à ìàêñèìàëüíà ðîçä³ëüíà çäàòí³ñòü ñó÷àñíèõ àïàðàò³â äëÿ

ðåíòãåíîñòðóêòóðíîãî àíàë³çó äîð³âíþº 0,2 íì. Òàêèì ÷èíîì, ìåòîä äàº

Ðèñ. 1.11. Ñõåìà ðåíòãåíîñòðóêòóðíîãî àíàë³çó òðåòèííî¿ ñòðóêòóðè á³ëêà.

Êðèñòàë

á³ëêà

Äæåðåëî

ðåíòãåíî-

âèïðîì³íþâàííÿ

Ðåíòãåíîãðàìà

ìîæëèâ³ñòü ðîçð³çíèòè îêðåì³ ñêóï÷åííÿ àòîì³â, îñîáëèâî ïðè ââåäåíí³

â ìîëåêóëó á³ëê³â àòîì³â âàæêèõ ìåòàë³â. Îñòàíí³ âíàñë³äîê âèñîêî¿

åëåêòðîííî¿ ãóñòèíè âèêîðèñòîâóþòüñÿ ÿê òî÷êè â³äë³êó ïðè ìàòå-

ìàòè÷í³é îáðîáö³ ðåíòãåíîãðàì.

Ìåòîä áàçóºòüñÿ íà äèôðàêö³¿ ðåíòãåí³âñüêîãî âèïðîì³íþâàííÿ

åëåêòðîíàìè, ÿê³ îòî÷óþòü ÿäðà àòîì³â ó êðèñòàë³ á³ëêà. Íà ôîòîïë³âö³,

ðîçì³ùåí³é çà êðèñòàëîì, ðåíòãåíîâèïðîì³íþâàííÿ äàº äèôðàêö³éíó

êàðòèíó, õàðàêòåðíó äëÿ òðåòèííî¿ ñòðóêòóðè á³ëêà. Ìåòîä áóâ âèêî-

ðèñòàíèé ñïî÷àòêó äëÿ äîñë³äæåííÿ ñòðóêòóðè êðèñòàë³â, óòâîðåíèõ

îðãàí³÷íèìè ìîëåêóëàìè. Ïåðóòö ³ Êåíäðþ çàñòîñóâàëè éîãî äëÿ âñòà-

íîâëåííÿ ñòðóêòóðè á³ëê³â.

Äëÿ âèçíà÷åííÿ êîíô³ãóðàö³¿ á³ëê³â ³ îêðåìèõ ÷àñòèí ¿õ ìîëåêóë,

íàïðèêëàä ñï³ðàëüíèõ ä³ëÿíîê, âèêîðèñòîâóºòüñÿ åëåêòðîííà ì³êðî-

ñêîï³ÿ. Ïðè öüîìó äëÿ ï³äâèùåííÿ åëåêòðîííî¿ ãóñòèíè (êîíòðàñòíîñò³)

á³ëê³â çàñòîñîâóþòü ñïåö³àëüí³ ðå÷îâèíè, ÿê³ àäñîðáóþòüñÿ íà ïîâåðõí³

á³ëêà. ßêùî òåïåð íà òàêèé á³ëîê ñïðÿìóâàòè ïó÷îê åëåêòðîí³â, òî â³ä-

áóâàºòüñÿ ïîãëèíàííÿ ¿õ êîíòðàñòíèìè ðå÷îâèíàìè (íà ïë³âö³ âîíè ñâ³òë³).

2.5. ×åòâåðòèííà ñòðóêòóðà á³ëê³â

Á³ëêè, ùî ñêëàäàþòüñÿ ç îäíîãî ïîë³ïåïòèäíîãî ëàíöþãà, ìàþòü

ò³ëüêè òðåòèííó ñòðóêòóðó. Äî íèõ â³äíîñÿòü ì³îãëîá³í – á³ëîê ì'ÿçîâî¿

òêàíèíè, ùî çâ'ÿçóº êèñåíü; ôåðìåíòè – ïåïñèí, òðèïñèí, ë³çîöèì òà ³í.

Àëå º ðÿä á³ëê³â, ÿê³ ïîáóäîâàí³ ç äåê³ëüêîõ ïîë³ïåïòèäíèõ ëàíöþã³â, êîæåí

ç ÿêèõ ìàº òðåòèííó ñòðóêòóðó. Íàïðèêëàä, îñíîâíèé á³ëîê åðèòðîöèò³â

ãåìîãëîá³í ïîáóäîâàíèé ³ç ÷îòèðüîõ ïåïòèäíèõ ëàíöþã³â – äâà ëàíöþãè

α i äâà ëàíöþãè β. Áóäîâà òàêîãî á³ëêà ïðåäñòàâëåíà ôîðìóëîþ 2α2β. Ïðî

òàê³ á³ëêè êàæóòü, ùî âîíè ìàþòü ÷åòâåðòèííó ñòðóêòóðó (ðèñ. 1.12).

²íøèìè ñëîâàìè, ÷åòâåðòèííà ñòðóêòóðà ÿâëÿº ñîáîþ îðãàí³çàö³þ

äåê³ëüêîõ ïîë³ïåïòèäíèõ ëàíöþã³â ³ç òðåòèííîþ ñòðóêòóðîþ â ºäèíó

ôóíêö³îíàëüíó ìîëåêóëó á³ëêà. Á³ëêè, ùî ìàþòü ÷åòâåðòèííó ñòðóêòóðó,

Ðèñ. 1.12. ×åòâåðòèííà ñòðóêòóðà ãåìîãëîá³íó:

À – ìîäåëü ìîëåêóëè ãåìîãëîá³íó, êîæíèé

ïðîòîìåð ì³ñòèòü ãåì (çîáðàæåíèé ó

ôîðì³ äèñêà);

Á – ñõåìà êîìïëåìåíòàðíîñò³ êîíòàêò-

íèõ ïîâåðõîíü ïðîòîìåð³â.À