15. Polipeptydy i białka.pdf

15. POLIPEPTYDY I BIAŁKA

Iwona ś ak

Białka s ą zbudowane z pojedynczego lub kilku ła ń cuchów polipeptydowych.

Masy cz ą steczkowe białek mieszcz ą si ę w szerokich granicach od 10 000 Da (dal-

tonów) do kilku milionów daltonów (1Da = 1/12 masy izotopu w ę gla 12 C; 1kDa =

1000 Da). Białka proste (proteiny) zbudowane jedynie z aminokwasów stanowi ą

nieliczn ą grup ę , znacznie powszechniejsze s ą białka zło Ŝ one (proteidy), które za-

wieraj ą trwale wbudowany składnik niebiałkowy, np. cukrowy (glikoproteiny), li-

pidowy (lipoproteiny), ortofosforan (fosfoproteiny), jon metalu (metaloproteiny)

lub składnik barwny (chromoproteiny).

Białka wykazuj ą ró Ŝ norodn ą aktywno ść biologiczn ą , np. enzymatyczn ą , hor-

monaln ą , transportow ą , czynników transkrypcyjnych, czynników wzrostu i ró Ŝ ni-

cowania komórek, ochrony immunologicznej, „detektorów”, „generatorów” i „prze-

ka ź ników” sygnałów oraz inne.

W budowie białek wyró Ŝ nia si ę kilka poziomów organizacji ich struktury,

mianowicie: pierwszorz ę dow ą , drugorz ę dow ą , trzeciorz ę dow ą i czwartorz ę dow ą .

⇒ Struktura pierwszorz ę dowa to liniowa sekwencja kolejnych aminokwasów

poł ą czonych wi ą zaniami peptydowymi. Struktura pierwszorz ę dowa białka

obejmuje równie Ŝ poło Ŝ enia wszystkich innych wi ą za ń kowalencyjnych, w tym

wi ą za ń disiarczkowych, mi ę dzy resztami cysteiny. Wszystkie polipeptydy, z wy-

j ą tkiem cyklicznych, maj ą dwa ró Ŝ ne ko ń ce, mianowicie N- i C-koniec. Pocz ą t-

kiem ka Ŝ dego polipeptydu jest jego N-koniec, czyli ten, na którym znajduje si ę

aminokwas z woln ą grup ą

-aminow ą . Rzeczywistym ko ń cem polipeptydu

jest C-koniec, na którym znajduje si ę aminokwas z woln ą grup ą

-karboksylo-

w ą . Sekwencj ę aminokwasów przedstawia si ę zawsze, poczynaj ą c od N-ko ń ca

polipeptydu. Struktura pierwszorz ę dowa polipeptydu zdeterminowana jest

genetycznie, specyficzn ą sekwencj ą nukleotydów w DNA. Sekwencja

polipeptydu zawiera informacj ę o zło Ŝ onej strukturze przestrzennej

polipeptydu, tj. o konformacji. Informacja genetyczna, determinuj ą ca

konformacj ę białka, czyli przestrzenne uło Ŝ enie atomów w strukturze (kształt

polipeptydu), warunkuje funkcje białka.

244

⇒ Struktura drugorz ę dowa to regularne pofałdowanie w przestrzeni szkieletu

polipeptydowego. Szkielet ka Ŝ dego polipeptydu stanowi ą płaszczyzny wi ą za ń

peptydowych poprzedzielane atomami C a . Na zewn ą trz od szkieletu peptydo-

N- koniec szkielet polipeptydowy

C - koniec

R 1

R 3

R 5

R 7

R 9

R 11

H 3 N

wego stercz ą ła ń cuchy boczne aminokwasów (R). Najpowszechniejszymi sposo-

bami fałdowania polipeptydów s ą

R 2

R 4

R 6

R 8

R 10

R 12

, czyli harmonijkowa lub

pofałdowanej kartki. W a -helisie płaszczyzny wi ą za ń peptydowych układaj ą si ę

spiralnie w ten sposób, Ŝ e s ą styczne do hipotetycznego walca. Dzi ę ki temu po-

wstaje cylindryczna struktura, utworzona ze szkieletu polipeptydu, od której na

boki stercz ą ła ń cuchy boczne aminokwasów (R). Przekrój poprzeczny a-helisy

przedstawiono na poni Ŝ szym rysunku. Na jeden skok

-helisa i struktura-

-helisy przypada 3,6 reszt

-helisy jest najkorzystniejsza energetycznie, stabilizowana wieloma wi ą zania-

mi wodorowymi. Wi ą zania wodorowe tworzone s ą mi ę dzy atomem tlenu karbony-

wi ą zanie wodorowe

R 1

R 3

H R 2

R 4

nylowego jednego wi ą zania peptydowego, a atomem wodoru grupy aminowej

czwartego z kolei wi ą zania peptydowego, tak jak to przedstawiono na powy Ŝ szym

rysunku. Wi ą zania wodorowe mi ę dzy grupami pochodz ą cymi z ró Ŝ nych wi ą za ń

245

aminokwasowych. Odległo ś ci mi ę dzy s ą siednimi resztami aminokwasowymi wy-

nosz ą 0,15 nm wzdłu Ŝ osi helisy, a cała długo ść skoku równa si ę 0,54 nm. Struktu-

-helisie mog ą by ć wyczerpane

wszystkie mo Ŝ liwe wi ą zania wodorowe mi ę dzy atomami ró Ŝ nych wi ą za ń pepty-

dowych, z wyj ą tkiem miejsc, w których znajduj ą si ę aminokwasy destabilizuj ą ce

i uniemo Ŝ liwiaj ą ce wytworzenie wi ą za ń wodorowych. Prolina zmienia kierunek

ła ń cucha polipeptydowego i przerywa struktur ę

-helisy, je ś li wi ę c aminokwas ten

-helisy.

⇒ Struktura harmonijkowa, czyli struktura-

, jest rozci ą gni ę ta, odległo ść mi ę -

dzy dwoma s ą siednimi atomami C a wynosi 0,35 nm. Dlatego odległo ś ci mi ę dzy

atomami wi ą za ń peptydowych liniowo s ą siaduj ą cych wzdłu Ŝ polipeptydu s ą za

du Ŝ e, aby mogły wytworzy ć wi ą zania wodorowe. W strukturze-

wi ą zania wo-

dorowe mog ą powsta ć tylko mi ę dzy ró Ŝ nymi rejonami tego samego polipepty-

du, które równolegle przylegaj ą do siebie, lub mi ę dzy odr ę bnymi polipeptyda-

mi. W pojedynczym polipeptydzie o strukturze-

wi ą zania wodorowe mi ę dzy

atomami wi ą za ń peptydowych mog ą by ć tworzone tylko mi ę dzy odległymi se-

kwencjami, a nie s ą siaduj ą cymi liniowo, co znamiennie odró Ŝ nia t ę stuktur ę od

-helisy.

Równoległa struktura-

to taka, w której przylegaj ą ce do siebie rejony poli-

peptydu lub odr ę bne polipeptydy uło Ŝ one s ą w tym samym kierunku, to znaczy, Ŝ e

z tej samej strony maj ą swe N-ko ń ce, a z drugiej strony C-ko ń ce.

N C

to taka, w której przylegaj ą ce do siebie rejony

polipeptydu lub odr ę bne polipeptydy uło Ŝ one s ą w przeciwnych kierunkach, to

znaczy, Ŝ e z tej samej strony jeden ma N-koniec, a drugi C-koniec. Kierunek prze-

Antyrównoległa struktura-

N C

C N

, w których tlen karbonylowy

jednego wi ą zania peptydowego jest poł ą czony wi ą zaniem wodorowym z wodorem

grupy aminowej czwartego z kolei wi ą zania peptydowego. Zwroty-

cz ę sto ł ą cz ą

w obr ę bie pojedynczego polipeptydu. Nast ę p-

stwem wyst ę powania wielokrotnych, wielowarstwowych struktur-

jest du Ŝ a wy-

trzymało ść i sztywno ść białek, w których wyst ę puj ą . Rejony polipeptydu, nie

przyjmuj ą ce jednej z omówionych regularnych struktur drugorz ę dowych, pozostaj ą

w konformacji zwoju lub p ę tli .

246

peptydowych biegn ą równolegle do osi helisy. W

jest obecny, to tylko na ko ń cu

biegu ła ń cucha polipeptydowego odwracaj ą zwroty-

ko ń ce antyrównoległych struktur-

⇒ Struktura trzeciorz ę dowa to przestrzenne uło Ŝ enie całego polipeptydu, czyli

jego kształt, który jest stabilizowany wzajemnymi oddziaływaniami bocznych

reszt aminokwasowych. Przestrzenna konformacja polipeptydu utrzymuje si ę

dzi ę ki ró Ŝ nym oddziaływaniom i wi ą zaniom, przedstawionym na poni Ŝ szym ry-

sunku:

oddziaływania hydrofobowe

mostek

disiarczkowy

oddziaływanie

jonowe

wiązanie wo-

dorowe

Oddziaływania te sprawiaj ą , Ŝ e liniowe rejony szkieletu polipeptydowego (o kon-

formacji helikalnej lub harmonijkowej) zginaj ą si ę i fałduj ą w przestrzeni tak, Ŝ e

zbli Ŝ aj ą do siebie odległe liniowo sekwencje. Rozpuszczalne polipeptydy zazwy-

czaj przybieraj ą kształt globularny. Ś rodowisko sprzyja fałdowaniu ła ń cucha po-

lipeptydowego. Utrzymywanie na powierzchni sekwencji hydrofobowych, zwró-

conych do ś rodowiska hydrofilnego jest niekorzystne energetycznie. Woda wy-

pycha ze swego otoczenia niepolarne ła ń cuchy boczne aminokwasów, dzi ę ki te-

mu sekwencje zawieraj ą ce te aminokwasy chowaj ą si ę w hydrofobowym wn ę -

trzu makrocz ą steczki, natomiast wi ę kszo ść polarnych sekwencji z ła ń cuchami

bocznymi obdarzonymi ładunkami pozostaje na powierzchni struktury trzecio-

rz ę dowej. Zupełnie odmienna sytuacja mo Ŝ e mie ć miejsce w obr ę bie struktury

trzeciorz ę dowej integralnego białka błonowego. Zwykle powierzchnia zwrócona

do dwuwarstwy lipidowej takiego białka jest hydrofobowa, a jego wn ę trze hy-

drofilne.

Ostateczny kształt polipeptydu mo Ŝ e by ć dwojaki, globularny lub fibrylarny.

Globularne polipeptydy maj ą kształt zbli Ŝ ony do kulistego, natomiast fibrylarne

polipeptydy maj ą kształt wydłu Ŝ ony, prosty. Niektóre polipeptydy posiadaj ą regio-

ny o sekwencji 40–100 reszt aminokwasowych, zdolne do tworzenia odr ę bnej trój-

wymiarowej struktury niezale Ŝ nej od struktury pozostałej cz ęś ci makrocz ą steczki,

zarówno pod wzgl ę dem strukturalnym jak i funkcjonalnym.

Regiony te zwane s ą modułami peptydowymi ( ryc. 1 ), a białka zawieraj ą ce

zestaw kilku ró Ŝ nych modułów – białkami mozaikowymi.

Struktura modułu ma stabilny globularny kształt, odmienny od reszty cz ą -

steczki, który pozostaje zachowany po wyizolowaniu jednostek z natywnego biał-

247

moduł EGF-podobny

(G)

moduł CCP

(C)

moduł Ig (I)

immunoglobulinowy

moduł fibronektynowy

typ I (F1)

moduł tzw. Kringle

(K)

Ryc. 1 . Konformacje przestrzenne niektórych modułów białkowych (wg. 27, zmodyfikowa-

ne). Rejony o strukturze β przedstawiono w postaci płaskich strzałek.

248

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: