Краткое содержание главы

Глобулярные белки, судя по результатам исследования их формы и размеров, имеют компактно свернутые полипептидные цепи. Рентгеноструктурный анализ миоглобина и других небольших по размерам одноцепочечных белков, таких, как цитохром, с, лизоцим и рибонуклеаза, показывает, что для каждого из этих белков характерна определенная третичная структура, т.е. специфический способ свертывания полипептидной цепи в пространстве. Во всех глобулярных белках полипептидные цепи очень плотно свернуты, так что внутри молекулы белка если и остается, то лишь немного места для молекул воды. Почти все гидрофобные -группы скрыты внутри молекулы и экранированы от взаимодействия с водой, большинство же ионных -групп находится на поверхности в гидратированном состоянии и обращено в сторону водного окружения. Третичная структура свернутой полипептидной цепи стабилизируется целым рядом нековалентных взаимодействий (особенно гидрофобными взаимодействиями между неполярными -группами), электростатическим притяжением между противоположно заряженными -группами и водородными связями. Все эти взаимодействия, будучи слабыми по своей природе, в совокупности оказываются очень прочными. В некоторых глобулярных белках определенную роль в формировании и стабилизации третичной структуры играют дисульфидные поперечные связи. Информация, определяющая третичную структуру белков, заложена в аминокислотной последовательности их полипептидных цепей, о чем свидетельствует тот факт, что гомологичные белки из разных видов имеют не только много общих инвариантных аминокислотных остатков, но и одинаковую конформацию. Доказательством этого утверждения служит то, что многие денатурированные глобулярные белки, утратившие свойственную им биологическую активность, способны самопроизвольно ренатурировать с полным восстановлением их биологической активности.

Олигомерные глобулярные белки, содержащие две или большее число полипептидных цепей, представляют собой более крупные по сравнению с одноцепочечными белками молекулы с более сложной структурой, часто наделенные регуляторными свойствами. Способ упаковки отдельных полипептидных цепей (субъединиц) в молекуле олигомерного белка называется его четвертичной структурой.

Рентгеноструктурный анализ гемоглобина и других олигомерных белков позволил установить, что они тоже имеют очень компактную структуру, причем большинство гидрофобных -групп находится внутри глобулы, а большинство гидрофильных -групп снаружи. В молекуле гемоглобина, состоящей из двух -цепей и двух -цепей, возникает лишь небольшое число контактов между одинаковыми цепями и множество контактов, соединяющих вместе и -субъединицы с образованием пар . Кривая насыщения гемоглобина кислородом имеет сигмоидную форму, поэтому гемоглобин хорошо приспособлен для связывания кислорода в легких и его освобождения в периферических тканях. Миоглобин в отличие от гемоглобина обладает значительно более высоким сродством к кислороду и характеризуется гиперболической кривой насыщения кислородом, благодаря чему он наделен способностью запасать кислород в мышцах. Кислород легче связывается гемоглобином при более высоких значениях pH и низкой концентрации ; освобождению же кислорода из гемоглобина благоприятствуют более низкие значения pH и высокие концентрации . Эти соотношения, равно как и регулирующее воздействие связывающегося с гемоглобином 2,3-дифосфоглицерата (ДФГ) на сродство гемоглобина к кислороду, обусловлены наличием у гемоглобина четырех специфических центров связывания с , , ионами и ДФГ, а также изменениями в четвертичной структуре гемоглобина в цикле оксигенация-дезоксигенация. Таким образом, субъединицы гемоглобина, подобно субъединицам других олигомерных белков, способны передавать сигналы о регуляторных взаимодействиях посредством конформационных изменений молекулы белка. Изменения в аминокислотной последовательности глобулярных белков, обусловленные генными мутациями, например замена двух аминокислотных остатков в молекуле гемоглобина при серповидноклеточной анемии, могут вызвать значительные изменения конформации белка и, следовательно, сказаться на его биологических функциях.