Роль воды в образовании белковой глобулы

Значительная часть неполярных (гидрофобных) аминокислот оказывается погруженной во внутренние области глобулы, в то время как полярные (гидрофильные) аминокислоты располагаются преимущественно на поверхности глобулы, контактируя с водной фазой.

Такое распределение аминокислот объясняется в основном свойствами воды. Молекулы воды полярны и образуют водородные связи как между собой, так и с другими полярными молекулами (гидратация молекул). Неполярные молекулы не гидратируются. С другой стороны, внедрение неполярной молекулы в среду молекул воды требует разрыва водородных связей между молекулами воды. Поэтому возникают силы, стремящиеся уменьшить поверхность раздела между водной и неполярной фазой, что и приводит к объединению неполярных молекул между собой, а в случае белков — к «выжиманию» гидрофобных радикалов из водной среды внутрь глобулы.

Доля погруженных цистеиновых остатков тоже велика, хотя они и гидрофильны; это обусловлено тем, что многие из них участвуют в образовании дисульфидных связей.

По современным представлениям, третичная конформация белков формируется спонтанно, после синтеза и постсинтетической модификации. Она полностью определяется первичной структурой, а движущей силой в формировании третичной структуры является характер взаимодействия молекулы белка с водой. В результате внутримолекулярных взаимодействий между радикалами АМК друг с другом и с водой образуется термодинамически наиболее выгодная конформация молекулы белка отвечающая минимуму свободной энергии.

Прижизненная (нативная) конформация формируется самопроизвольно и её образование носит название фолдинг (от англ. Folding- укладка). Она формируется при участии особых белков – шаперонов (компаньонов).

Конформация белка поддерживается за счет возникновения множества слабых связей. Так как атомы, из которых состоит белок, находятся в постоянном движении, то возможен разрыв одних слабых связей и образование других, что приводит к небольшим перемещениям отдельных участков полипептидной цепи. Это свойство белков изменять конформацию в результате разрыва одних и образования других слабых связей называется конформационной лабильностью.

В организме человека и животных функционируют системы, поддерживающие гомеостаз — постоянство внутренней среды в определенных допустимых для здорового организма пределах. В условиях гомеостаза небольшие изменения конформации не нарушают общую структуру и функцию белков. Функционально активная конформация белка называется нативной конформацией. Изменение внутренней среды (например, концентрации глюкозы, ионов Са, протонов и т.д.) приводит к изменению конформации и нарушению функций белков.

Разнообразие свойств аминокислот вместе с различиями первичной структуры пептидных цепей создают возможность неисчерпаемого количества разных конформаций на уровне третичной структуры. Характер пространственной укладки определяется аминокислотным составом и чередованием аминокислот в пептидной цепи. Следовательно, конформация пептидной цепи (пространственная структура) является такой же специфической характеристикой данного белка, как и первичная структура.

Таким образом совокупность первичной и вторичной, структуры составляет третичную конформацию белковой молекулы в виде компактной пространственной глобулярной или фибриллярной формы.