Краткий обзор курса «Молекулярная биология», страница 10

Подавляющее большинство белков являются глобулинами, однако существуют и фибриллярные белки, чаще всего именно они обладают четвертичной структурой.

Четвертичная структура белка – это агрегация двух или больше числа полипептидных цепей, обусловленная взаимодействиями между радикалами. Иными словами, под четвертичной структурой белка подразумевается способ укладки полипептидных цепей относительно друг друга. Связи, образующие четвертичную структуру белков: ионные связи, водородные связи и гидрофобные (в значительно меньшей степени, чем в третичной структуре).

Каждая полипептидная цепь, составляющая четвертичной структуры белка, носит название субъединицы. Доменом называют компактную глобулярную единицу белковой структуры. Многие белки состоят из нескольких доменов массой от 10 до 20 кДа. В белках с большой молекулярной массой отдельные домены соединяются между собой  относительно гибкими участками полипептидной цепи.

Пептидные цепи многих глобулярных белков неодинаковы по всей длине по своей структуре. Отдельные их участки свернуты в спирали и являются относительно жесткими, другие участки образуют петли, скрученные произвольно и довольно подвижные. При денатурации спиральные участки раскручиваются, и цепь приобретает в целом неупорядоченное строение. Однако в некоторых случаях раскручивание и возникновение спирали могут быть обратимыми процессами. Белок способен восстанавливать вторичную структуру, поскольку такое расположение – самое выгодное для конкретной последовательности аминокислотных остатков. Жесткие спиральные участки цепи глобулярного белка необходимы для поддержания определенной формы молекулы. В денатурированном белке спирали раскручиваются, и характеристичная форма молекулы разрушается, в результате чего она утрачивает свою специфическую биологическую активность.

Рассмотрим случай белка крови гемоглобина, чтобы лучше понять связь между структурами всех четырех уровней. В 1962 г. М. Пертуц и Д. Кендрью точно описали строение миоглобина и почти точно описали строение гемоглобина. На основании рентгеноструктурного анализа они определили, что на протяжении 16 витков молекула образует спираль, начиная с концевого N – звена, после чего цепь идет под прямым углом из-за расположения в месте изгиба аспарагиновой кислоты, нарушающей порядок водородных связей в молекуле, необходимый для дальнейшего создания спирали, это и приводит к изменению формы. Четыре сложенные цепи гемоглобина образуют собой сфероидную структуру, а четыре плоские группы гема, каждая из которых содержит атом железа, способный связывать атом кислорода. Гемин в гемоглобине – неорганическая часть или простетическая группа. Подобные дополнения есть во многих белках, они тесно связаны с их биологической функцией. Гемин содержит в своем составе железо, связанное с пиррольной системой и известной под названием порфин. Именно обратимый комплекс гемина с кислородом делает возможным перенос гемоглобином кислорода. Окись углерода образует аналогичный, но более устойчивый комплекс, тем самым окись углерода связывает гемоглобин и делает невозможным его дальнейшее функционирование, наступает отравление.

С гемоглобином связана тяжелая наследственная болезнь – серповидноклеточная анемия. Эту болезнь обнаружил американский врач Джеймс Херрик при обследовании больного – негра в возрасте 21 года. У пациента были жалобы на лихорадочное состояние, кашель, слабость и головокружение, сильные головные боли. До поступления в больницу он страдал от приступов сердцебиения и недостатка воздуха, плохо переносил физические нагрузки. Он с детства страдал от нарывов на ногах, которые очень медленно заживали.