Структура белка

Белки организованы иерархически, от аминокислотной последовательности до мультисубъединичных комплексов, и именно эта архитектура придает каждому белку его специфическую функцию.

Definition

Структура белка — это пространственное расположение атомов полипептида, описываемое на четырех уровнях: первичная последовательность, вторичные элементы, такие как альфа-спирали и бета-листы, третичная трехмерная укладка одной цепи и четвертичная ассоциация субъединиц.

Scope

Эта тема охватывает четыре общепринятых уровня структуры белка — первичный (последовательность), вторичный (локальные водородно-связанные паттерны), третичный (полная укладка одной цепи) и четвертичный (сборка нескольких цепей) — а также связи и взаимодействия, которые определяют каждый уровень, и экспериментальные методы, используемые для определения структуры.

Core questions

• Что стабилизирует альфа-спираль и бета-лист?
• Как первичная последовательность достаточна для определения третичной укладки?
• В чем разница между фибриллярными и глобулярными белками?
• Как экспериментально определяются структуры белков?

Key theories

Вторичные структуры, стабилизированные водородными связями

Полинг и Кори предсказали альфа-спираль и бета-лист, исходя из планарности пептидной связи и геометрии водородных связей основной цепи, еще до того, как они были экспериментально обнаружены, установив физическую основу регулярной вторичной структуры.

Mechanisms

Пептидная связь является планарной и частично двойной, что ограничивает вращение основной цепи диэдральными углами фи и пси, отображаемыми на карте Рамачандрана. Вторичные структуры образуются, когда амидные и карбонильные группы основной цепи образуют водородные связи по регулярным паттернам; третичная структура стабилизируется гидрофобным эффектом, который скрывает неполярные боковые цепи, а также водородными связями, солевыми мостиками, ван-дер-ваальсовыми контактами и иногда дисульфидными связями.

Clinical relevance

Определение структуры с помощью рентгеновской кристаллографии, ЯМР и криоэлектронной микроскопии лежит в основе структурно-ориентированного дизайна в химии и материаловедении; вычислительное предсказание структуры стало основным инструментом для соотнесения последовательности с укладкой. Данное изложение является описательным, а не предписывающим.

History

Альфа-спираль и бета-лист были предложены Полингом и Кори в 1951 году; структура миоглобина, определенная Кендрю в 1958 году, стала первой моделью белка с атомным разрешением, за которой вскоре последовала структура гемоглобина Перутца, что подтвердило предсказанные вторичные структуры и положило начало структурной биологии.

Key figures

• Linus Pauling
• Robert Corey
• John Kendrew
• Max Perutz
• G. N. Ramachandran

Seminal works

• pauling1951
• kendrew1958
• nelson2021

Frequently asked questions

В чем разница между альфа-спиралью и бета-листом?

Альфа-спираль представляет собой одну цепь, свернутую с водородными связями внутри одного и того же сегмента основной цепи, тогда как бета-лист выравнивает вытянутые цепи бок о бок, связанные водородными связями между цепями.

Почему пептидная связь является планарной?

Резонанс придает пептидной связи C–N частичный характер двойной связи, что предотвращает вращение вокруг нее и удерживает шесть атомов пептидной единицы в одной плоскости.