Четвертичная структура белка

Олигомерные белки и взаимодействие протомеров

Многие белки в организме человека и других живых существ функционируют не как одиночные цепочки, а как сложные комплексы. Белки, имеющие в своем составе несколько полипептидных цепей, называются олигомерными. Каждая отдельная полипептидная цепь в таком комплексе носит название протомера.

Количество протомеров в составе молекулы может сильно варьировать. Например, молекула гемоглобина содержит 4 протомера, фермент аспартатаминотрансфераза состоит из 12, а белок вируса табачной мозаики включает в себя целых 2120 субъединиц. Из-за такого строения олигомерные белки всегда обладают большой молекулярной массой.

Взаимодействие между протомерами происходит благодаря строгой комплементарности их контактирующих поверхностей. Они соединяются друг с другом с помощью множества слабых нековалентных связей:

• Гидрофобных взаимодействий;
• Ионных связей;
• Водородных связей.

По сути, взаимодействие одного протомера с другими можно рассматривать как классический частный случай взаимодействия системы «белок — лиганд», где каждый протомер выступает специфическим лигандом для соседнего. В зависимости от состава олигомеры делятся на гомодимеры (состоят из абсолютно одинаковых протомеров) и гетеродимеры (содержат разные по строению субъединицы).

Функциональные центры гетеродимеров

Если белок состоит из разных протомеров, на его поверхности формируются различные по своей пространственной структуре центры связывания. Классическая схема строения димерного белка подразумевает наличие двух основных субъединиц, каждая из которых выполняет свою задачу.

1. Активный центр располагается на одной из субъединиц. Его главная задача — связываться со специфическим лигандом. Именно при этом связывании проявляется основная, базовая функция данного белка.
2. Аллостерический (регуляторный) центр находится на другом протомере, пространственно отдаленном от активного центра. Он предназначен для связывания с особым веществом — аллостерическим лигандом (эффектором). Этот центр не участвует в выполнении базовой функции, но строго контролирует её интенсивность.

Аллостерическая регуляция и кооперативный эффект

Способность к аллостерической регуляции (то есть регуляции путем присоединения различных лигандов) является ключевым свойством олигомерных белков, а также белков с выраженным доменным строением. Именно это свойство кардинально отличает их от простых мономерных белков (например, отличие олигомера гемоглобина от мономера миоглобина).

Механизм аллостерической регуляции работает следующим образом:

1. Эффектор взаимодействует с аллостерическим центром.
2. Благодаря высокой конформационной лабильности белка, это связывание вызывает немедленные конформационные изменения во всей сложной структуре олигомера.
3. Пространственная перестройка влияет на сродство (аффинность) активного центра к его специфическому лиганду.
4. В результате функция белка либо усиливается, либо подавляется.

Вещества, которые усиливают функцию белка, называются активаторами, а те, что угнетают её — ингибиторами.

Важнейшим следствием четвертичной структуры является кооперативный эффект. Это явление, при котором взаимодействие олигомерного белка хотя бы с одним лигандом вызывает кооперативные (совместные) изменения конформации и функции абсолютно всех протомеров в составе молекулы.

Вопросы с занятий и экзамена

Что ещё разобрать по теме

• Особенности функционирования гемоглобина как классического олигомерного белка
• Сравнение свойств миоглобина и гемоглобина
• Детальные механизмы конформационных изменений при аллостерической регуляции
• Специфичность взаимодействия «белок-лиганд»
• Строение и функции белков с доменной организацией

Другие темы раздела «Строение, свойства и функции белков»

Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.