Доменная структура и ее роль в функционировании белков

1 Длинные полипептидные цепи часто складываются в несколько компактных, относительно независимых областей. Они имеют самостоятельную третичную структуру, напоминающую таковую глобулярных белков, и называются доменами.

Благодаря доменной структуре белков легче формируется их трехмерная структура.

2 Центры связывания белка с лигандом часто располагаются между доменами (например, центр связывания трипсина с его лигандом - пищевым белком). Разные домены в белке могут перемещаться относительно друг друга при взаимодействии с лигандом (например, в молекуле гексокиназы).

В некоторых белках домены выполняют самостоятельные функции, связываясь с различными лигандами. Такие белки называются многофункциональными белками (трипсин, гексокиназа).

3 Лигандами, взаимодействующими с трехмерной структурой пептидной цепи, могут быть не только низкомолекулярные органические и неорганические молекулы, но и макромолекулы - ДНК, РНК, полисахариды, белки. В этих случаях белок узнает определенный участок лиганда, соразмерный и комплементарный центру связывания.

ИНГИБИТОРЫ БЕЛКОВЫХ ФУНКЦИЙ

1 Взаимодействие белков с лигандами специфично. Однако всегда можно подобрать другое вещество, которое также могло бы взаимодействовать с белком в активном или ином участке молекулы. Вещество, взаимодействующее с белком и подавляющее его функцию, называется ингибитором.Ингибиторы белковых функций могут быть лекарствами и ядами.

2 Вещество, по структуре похожее на природный лиганд, называют структурным аналогом лиганда или неприродным лигандом. Оно также взаимодействует с белком в активном центре.

3Существуют ингибиторы двух основных типов: обратимые и необратимые. Обратимые ингибиторы, в свою очередь, подразделяются на конкурентные и неконкурентные.

4Лиганд и ингибитор, конкурирующие друг с другом за связывание в одном активном центре называются конкурентными.В случае неконкурентного ингибирования ингибитор присоединяется в другом месте. При этом изменяется конформация молекулы белка таким образом, что происходит обратимая инактивация его каталитического центра.

5 Многие лекарственные препараты являются ингибиторами белковых функций. Некоторые из них получаются при химической модификации природных лигандов (ацетилхолин – вызывает сокращение многих гладких мышц, атропин (конкурентный ингибитор рецептора) – лекарство, снимающее их спазм).

Задания

1 Решите задачу. Специфичность взаимодействия белков с лигандом обеспечивается комплементарностью структуры центров связывания в структуре лиганда.

В активный центр белка входят 4 аминокислотных остатка (см. схему активного центра белка).

Ответьте на вопросы:

а) какой из указанных лигандов с наибольшей вероятностью будет взаимодействовать с активным центром данного белка и почему?

б) какие типы связей возникают в процессе образования комплекса белок-лиганд?

в) какой из указанных лигандов с наибольшей вероятностью может быть ингибитором функции данного белка и почему?

2 Решите задачу. Ацетилхолин - медиатор передачи возбуждения в нервно-мышечных синапсах. Дитилин - лекарство, применяемое при некоторых операциях для расслабления мышц, так как дитилин нарушает передачу нервного импульса через нервно-мышечные синапсы и вызывает миорелаксацию.

Выполните задание:

а) сравните структуру ацетилхолина и дитилина:

;

б) опишите механизм расслабляющего действия дитилина, используя следующие ключевые слова: рецептор ацетилхолина, постсинаптическая мембрана, структурный аналог, ингибитор, центр связывания с лигандом.

3 Центр связывания белка с лигандом представляет собой (выберите наиболее полный ответ):

А) Фрагмент полипептидной цепи.

Б) Совокупность радикалов, сближенных на уровне третичной структуры.

В) Фрагмент пептидного остова.

Г) Участок поверхности белковой молекулы, комплементарный лиганду.

Д) Простетическую небелковую группу.

4 В основе функционирования белка лежит его взаимодействие с лигандом.

а) дайте определение понятиям: «конформация белка», «активный центр белка», «лиганд»;

б) на чем основана специфичность взаимодействия белка с лигандом?

в) ниже представлена схема строения белка, имеющего центр связывания с лигандом:

г) нарисуйте лиганд, который мог бы специфично взаимодействовать с активным центром белка. Укажите на нем функциональные группы, способные образовать связи с радикалами аминокислотных остатков белка, входящих в состав активного центра.

3.2 Контрольные вопросы

1 Что такое лиганд? Механизм связывания белка с лигандом. Домен.

2 Функции гемоглобина. Чем гемоглобин отличается от миоглобина?

3 Что такое гем? Структура гема.

4 Ингибирование белковых функций. Обратимое и необратимое ингибирование. Чем конкурентное ингибирование отличается от неконкурентного?