Біохімія та фармацевтична хімія

Характеристика хімічних зв'язків, які зумовлюють утворення різних рівнів організації білків.

Особливістю білків, яка має вирішальне значення для їх функ-ціонування, є здатність самовільно формувати просторову структуру, властиву лише даному білку (так звана самоорганізація структури). Згідно із сучасними уявлення¬ми, розрізняють чотири рівні організації білкової молекули. По¬слідовність амінокислотних за¬лишків у поліпептидному ланцюзі називають первинною структурою. Усі білки розрізняються за первин¬ною структурою.
Молекули білків побудовані з великої кількості амінокислотних залишків, а тому вивчення їх пер¬винної структури викликає певні труднощі. Завдяки використанню різноманітних методів досліджень сьогодні стало можливим вивчен¬ня первинної структури понад 2 тис. різних білків. Серед них білок-гормон інсулін, білок-фермент рибонуклеаза та ряд інших. Крім того, вивчено порядок розташування амі¬нокислот у природних пептидів — окситоцину, вазопресину тощо.
Різна будова радикалів аміно¬кислот обумовлює різно¬манітність білків, а також визна¬чає їх хімічні та біологічні влас¬тивості.
Вторинна структура
Вторинна структура біополі-меру визначає способи, за якими ланцюги складаються й утриму¬ються у вигляді певних утворень. Відомо, що існує тільки невелика кількість білків, поліпептиди яких перебувають у вигляді ліній¬них ланцюгів. Використовую¬чи рентгено-структурні ме¬тоди дослід¬ження, встано¬вили, що пере¬важна біль¬шість білків має поліпептидні ланцюги, скручені у вигляді спіралі.
Утворення внутрішньомолекулярних вод¬невих зв’язків у глобулярних біл¬ках може привести до структури, що називають спіраль. У фібрилярних білках утворення водне¬вих зв’язків може привести до ви-никнення складчастої листової структури — β-структури. Відо¬мості про ці структури дають пра¬во поділити білки на два класи: фібрилярні (від лат.fibra— во¬локно) та глобулярні (від лат. globulus — кулька). Найвиразніша відмінність між білками обох типів полягає в тому, що фібри¬лярні білки в основному нероз¬чинні, а глобулярні — добре роз¬чинні у воді. Тому їх інколи на¬зивають «розчинними білками». Вторинна структура властива для таких білків, як фіброїн (білок шовку), кератин (білок сполучної тканини) та деякі інші.
Третинна структура

Третинна структура білків — це повна тримірна структура однієї неподільної макромолекули. Під третинною структурою розуміють розташування поліпептидного ланцюга у просторі.
Іншими словами, третинна структура — це укладання вторин¬них структур поліпептидних лан¬цюгів з утворенням клубків різної форми.
Найважливіший тип зв’язку тре¬тинної структури — ковалентний зв ‘язок: за його рахунок утворюють¬ся дисульфідні містки між двома цистеїновими залишками одного й того самого поліпептидного лан¬цюга. Дисульфідні містки можуть утворюватися і між цистеїновими залишками різних білкових лан¬цюгів, утримуючи разом два лан¬цюги в стабільній структурі. Також важливу роль в утворенні третин¬ної структури відіграють водневі, гідрофобні та йонні зв’язки.
В утворенні третинної струк¬тури беруть участь і так звані со¬льові містки, утворені кислими функціональними групами одних і основними функціональними групами інших амінокислот. Це можуть бути й прості йонні взає¬модії зарядженої групи однієї амі¬нокислоти та протилежно заряд¬женої групи іншої.
На сьогодні розшифровано третинну структуру понад 10 тис. різних білків. Першою була розшифрована третинна структура білка міоглобіну англійським уче¬ним Кендрю у 1957 р.
Міоглобін — відносно не¬великий глобулярний білок (Мг = 16 700); молекула складаєть¬ся з одного поліпептидного лан¬цюга, в якому міститься 153 амі¬нокислотні залишки. Він слугує не лише для депонування кисню, а й для прискорення його дифузії в клітину. Пептидний ланцюг міо¬глобіну в спрощеному вигляді на¬гадує довгу ковбаску надзвичайно химерної форми (див. малюнок). Специфічна структура, яка вини¬кає в результаті такого скручуван¬ня, і є те, що ми називаємо тре¬тинною структурою міоглобіну.
Крім міоглобіну, розшифрова¬но третинна структура таких білків, як гемоглобін, рибонуклеаза, лізо¬цим, хімотрипсиноген та ін.
Четвертинна структура
Четвертинна структура білків є вищим рівнем структурної організації. Вона утворюється зав¬дяки об’єднанню незалежних оди ниць третинної структури в ком¬плекс. Ряд білків складається з двох, чотирьох та більшої кіль¬кості індивідуальних поліпептидних ланцюгів.
Такі ланцюги з влас¬ною третинною структурою нази-ваютьсясубодиницями. Взаємне просторове розміщення субодиниць у білковій молекулі і стано¬вить четвертинну структуру. Більшість глобулярних білків з молекулярною масою, яка пере¬вищує 50 000, — це олігомерні білки, тобто білки, які складають¬ся з двох чи кількох окремих поліпептидних ланцюгів характерний спосіб розміщення в просторі олігомерного білка описується його четвертинною структурою.