Proteīna terciārā struktūra ir veids, kā polipeptīdu ķēde tiek salocīta trīsdimensiju telpā. Šī konformācija rodas ķīmisko saišu veidošanās dēļ starp aminoskābju radikāļiem, kas atrodas tālu viens no otra. Šis process tiek veikts, piedaloties šūnas molekulārajiem mehānismiem, un tam ir milzīga loma proteīnu funkcionālās aktivitātes nodrošināšanā.
Terciārās struktūras iezīmes
Olb altumvielu terciārajai struktūrai ir raksturīgi šādi ķīmiskās mijiedarbības veidi:
- jonisks;
- ūdeņradis;
- hidrofobs;
- van der Vāls;
- disulfīds.
Visas šīs saites (izņemot kovalento disulfīdu) ir ļoti vājas, tomēr daudzuma dēļ tās stabilizē molekulas telpisko formu.
Faktiski trešais polipeptīdu ķēžu locīšanas līmenis ir dažādu sekundārās struktūras elementu kombinācija (α-spirāles; β-plokēti slāņi uncilpas), kas ir orientētas telpā ķīmiskās mijiedarbības dēļ starp sānu aminoskābju radikāļiem. Lai shematiski norādītu proteīna terciāro struktūru, α-spirāles ir norādītas ar cilindriem vai spirālveida līnijām, salocīti slāņi ar bultiņām un cilpas ar vienkāršām līnijām.
Terciārās konformācijas raksturu nosaka ķēdē esošo aminoskābju secība, tāpēc divas molekulas ar vienādu primāro struktūru vienādos apstākļos atbildīs vienam un tam pašam telpiskā iepakojuma variantam. Šī uzbūve nodrošina proteīna funkcionālo aktivitāti, un to sauc par native.
Proteīna molekulas locīšanas laikā aktīvā centra komponenti satuvinās viens otram, kas primārajā struktūrā var būtiski atdalīties viens no otra.
Vienpavedienu proteīniem terciārā struktūra ir galīgā funkcionālā forma. Sarežģīti vairāku apakšvienību proteīni veido kvartāru struktūru, kas raksturo vairāku ķēžu izvietojumu attiecībā pret otru.
Ķīmisko saišu raksturojums proteīna terciārajā struktūrā
Lielā mērā polipeptīdu ķēdes locīšana ir saistīta ar hidrofilo un hidrofobo radikāļu attiecību. Pirmie mēdz mijiedarboties ar ūdeņradi (ūdens sastāvdaļu) un tāpēc atrodas uz virsmas, savukārt hidrofobie reģioni, gluži pretēji, steidzas uz molekulas centru. Šī uzbūve ir enerģētiski vislabvēlīgākā. ATrezultāts ir globula ar hidrofobu kodolu.
Hidrofilie radikāļi, kas tomēr nonāk molekulas centrā, mijiedarbojas viens ar otru, veidojot jonu vai ūdeņraža saites. Jonu saites var rasties starp pretēji lādētiem aminoskābju radikāļiem, kas ir:
- arginīna, lizīna vai histidīna katjonu grupas (ar pozitīvu lādiņu);
- Glutamīnskābes un asparagīnskābes radikāļu karboksilgrupas (ar negatīvu lādiņu).
Ūdeņraža saites veidojas, mijiedarbojoties neuzlādētām (OH, SH, CONH2) un lādētām hidrofilām grupām. Kovalentās saites (spēcīgākās terciārajā konformācijā) rodas starp cisteīna atlieku SH grupām, veidojot tā sauktos disulfīda tiltus. Parasti šīs grupas ir izvietotas lineārā ķēdē un tuvojas viena otrai tikai sakraušanas procesa laikā. Disulfīda saites nav raksturīgas lielākajai daļai intracelulāro proteīnu.
Konformācijas labilitāte
Tā kā saites, kas veido proteīna terciāro struktūru, ir ļoti vājas, atomu Brauna kustība aminoskābju ķēdē var izraisīt to pārrāvumu un veidošanos jaunās vietās. Tas noved pie nelielām izmaiņām atsevišķu molekulas sekciju telpiskajā formā, bet nepārkāpj proteīna dabisko konformāciju. Šo parādību sauc par konformācijas labilitāti. Pēdējam ir liela nozīme šūnu procesu fizioloģijā.
Olb altumvielu uzbūvi ietekmē tā mijiedarbība ar citiemmolekulas vai izmaiņas barotnes fizikālajos un ķīmiskajos parametros.
Kā veidojas proteīna terciārā struktūra
Proteīna locīšanas procesu tā sākotnējā formā sauc par locīšanu. Šīs parādības pamatā ir molekulas vēlme pieņemt konformāciju ar minimālu brīvās enerģijas vērtību.
Nevienam proteīnam nav vajadzīgi starpposma instruktori, kas noteiks terciāro struktūru. Dēšanas modelis sākotnēji tiek "reģistrēts" aminoskābju secībā.
Tomēr normālos apstākļos, lai liela proteīna molekula pieņemtu primārajai struktūrai atbilstošu dabisko konformāciju, būtu nepieciešams vairāk nekā triljons gadu. Neskatoties uz to, dzīvā šūnā šis process ilgst tikai dažus desmitus minūšu. Tik ievērojamu laika samazinājumu nodrošina specializēto palīgproteīnu - folāžu un šaperonu - piedalīšanās locīšanā.
Mazo proteīna molekulu (līdz 100 aminoskābēm ķēdē) locīšana notiek diezgan ātri un bez starpnieku līdzdalības, ko pierādīja in vitro eksperimenti.
Saliekamie faktori
Palīgproteīni, kas iesaistīti locīšanas procesā, ir sadalīti divās grupās:
- foldāzes - piemīt katalītiska aktivitāte, ir nepieciešamas daudzumā, kas ir ievērojami mazāks par substrāta koncentrāciju (tāpat kā citi fermenti);
- chaperoni - proteīni ar dažādiem darbības mehānismiem, kas nepieciešami koncentrācijā, kas ir salīdzināma ar salocītā substrāta daudzumu.
Abu veidu faktori piedalās salokšanā, bet nav iekļautigala produkts.
Foldāžu grupu pārstāv 2 fermenti:
- Proteīna disulfīda izomerāze (PDI) - kontrolē pareizu disulfīda saišu veidošanos olb altumvielās ar lielu skaitu cisteīna atlikumu. Šī funkcija ir ļoti svarīga, jo kovalentā mijiedarbība ir ļoti spēcīga, un kļūdainu savienojumu gadījumā olb altumviela nespētu pārkārtoties un iegūt sākotnējo konformāciju.
- Peptidil-prolil-cis-trans-izomerāze - nodrošina prolīna sānos izvietoto radikāļu konfigurācijas maiņu, kas maina polipeptīdu ķēdes līkuma raksturu šajā zonā.
Tādējādi folāzēm ir koriģējoša loma proteīna molekulas terciārās konformācijas veidošanā.
Pavadoņi
Šaperonus citādi sauc par karstuma šoka vai stresa proteīniem. Tas ir saistīts ar ievērojamu to sekrēcijas palielināšanos, negatīvi ietekmējot šūnu (temperatūra, starojums, smagie metāli utt.).
Caperoni pieder trīs proteīnu saimēm: hsp60, hsp70 un hsp90. Šie proteīni pilda daudzas funkcijas, tostarp:
- Olb altumvielu aizsardzība pret denaturāciju;
- jaunsintezētu proteīnu savstarpējās mijiedarbības izslēgšana;
- novēršot nepareizu vāju saišu veidošanos starp radikāļiem un to labializāciju (korekciju).
Tādējādi šaperoni veicina ātru enerģētiski pareizas uzbūves iegūšanu, izslēdzot daudzu iespēju nejaušu uzskaitīšanu un aizsargājot vēl nenobriedušusolb altumvielu molekulas no nevajadzīgas mijiedarbības savā starpā. Turklāt pavadoņi nodrošina:
- daži olb altumvielu transportēšanas veidi;
- pārlocīšanas kontrole (terciārās struktūras atjaunošana pēc tās zaudēšanas);
- nepabeigta locīšanas stāvokļa saglabāšana (dažām olb altumvielām).
Pēdējā gadījumā šaperona molekula locīšanas procesa beigās paliek saistīta ar proteīnu.
Denaturācija
Olb altumvielu terciārās struktūras pārkāpumu jebkādu faktoru ietekmē sauc par denaturāciju. Vietējās konformācijas zudums rodas, ja tiek pārrauts liels skaits vāju saišu, kas stabilizē molekulu. Šajā gadījumā proteīns zaudē savu specifisko funkciju, bet saglabā savu primāro struktūru (denaturācijas laikā peptīdu saites netiek iznīcinātas).
Denaturācijas laikā notiek proteīna molekulas telpiskais pieaugums, un hidrofobās zonas atkal nonāk virspusē. Polipeptīdu ķēde iegūst nejaušas spoles konformāciju, kuras forma ir atkarīga no tā, kuras proteīna terciārās struktūras saites ir pārrautas. Šajā formā molekula ir jutīgāka pret proteolītisko enzīmu iedarbību.
Faktori, kas pārkāpj terciāro struktūru
Ir vairākas fiziskas un ķīmiskas ietekmes, kas var izraisīt denaturāciju. Tie ietver:
- temperatūra virs 50 grādiem;
- starojums;
- barotnes pH maiņa;
- smago metālu sāļi;
- daži organiskie savienojumi;
- mazgāšanas līdzekļi.
Pēc denaturējošā efekta pārtraukšanas proteīns var atjaunot terciāro struktūru. Šo procesu sauc par renaturāciju vai pārlocīšanu. In vitro apstākļos tas ir iespējams tikai maziem proteīniem. Dzīvā šūnā pārlocīšanu nodrošina pavadoņi.
