Tretinė b altymo struktūra – tai būdas, kuriuo polipeptidinė grandinė sulankstoma trimatėje erdvėje. Ši konformacija atsiranda dėl cheminių ryšių susidarymo tarp aminorūgščių radikalų, nutolusių vienas nuo kito. Šis procesas vyksta dalyvaujant molekuliniams ląstelės mechanizmams ir atlieka didžiulį vaidmenį suteikiant b altymams funkcinį aktyvumą.
Tretinės struktūros ypatybės
Šių tipų cheminės sąveikos būdingos tretinei b altymų struktūrai:
- joninis;
- vandenilis;
- hidrofobinis;
- van der Waals;
- disulfidas.
Visi šie ryšiai (išskyrus kovalentinį disulfidą) yra labai silpni, tačiau dėl savo kiekio jie stabilizuoja erdvinę molekulės formą.
Tiesą sakant, trečiasis polipeptidinių grandinių sulankstymo lygis yra įvairių antrinės struktūros elementų derinys (α-spiralės, β klostuoti sluoksniai irkilpos), kurios yra orientuotos erdvėje dėl cheminės sąveikos tarp šoninių aminorūgščių radikalų. Norint schematiškai nurodyti tretinę b altymo struktūrą, α spiralės žymimos cilindrais arba spiralinėmis linijomis, sulankstyti sluoksniai – rodyklėmis, o kilpos – paprastomis linijomis.
Tretinės konformacijos pobūdį lemia aminorūgščių seka grandinėje, todėl dvi vienodos pirminės struktūros molekulės vienodomis sąlygomis atitiks tą patį erdvinio pakavimo variantą. Ši konformacija užtikrina funkcinį b altymo aktyvumą ir yra vadinama natūralia.
Sulankstant b altymo molekulei, aktyvaus centro komponentai suartėja vienas nuo kito, kurie pirminėje struktūroje gali būti gerokai atskirti vienas nuo kito.
Viengrandžių b altymų tretinė struktūra yra galutinė funkcinė forma. Sudėtingi kelių subvienetų b altymai sudaro ketvirtinę struktūrą, kuri apibūdina kelių grandinių išsidėstymą viena kitos atžvilgiu.
Cheminių ryšių apibūdinimas tretinėje b altymo struktūroje
Daugeliu mastu polipeptidinės grandinės sulankstymas yra dėl hidrofilinių ir hidrofobinių radikalų santykio. Pirmieji linkę sąveikauti su vandeniliu (vandens sudedamuoju elementu) ir todėl yra paviršiuje, o hidrofobinės sritys, atvirkščiai, veržiasi į molekulės centrą. Ši konformacija energetiškai pati palankiausia. ATrezultatas yra rutuliukas su hidrofobine šerdimi.
Hidrofiliniai radikalai, kurie vis dėlto patenka į molekulės centrą, sąveikauja vienas su kitu, sudarydami joninius arba vandenilinius ryšius. Joninės jungtys gali atsirasti tarp priešingai įkrautų aminorūgščių radikalų, kurie yra:
- katijoninės arginino, lizino arba histidino grupės (turi teigiamą krūvį);
- Glutamo ir asparto rūgšties radikalų karboksilo grupės (turi neigiamą krūvį).
Vandeniliniai ryšiai susidaro sąveikaujant neįkrautoms (OH, SH, CONH2) ir įkrautoms hidrofilinėms grupėms. Kovalentiniai ryšiai (stipriausi tretinėje konformacijoje) atsiranda tarp cisteino liekanų SH grupių, sudarydamos vadinamuosius disulfidinius tiltus. Paprastai šios grupės yra atskirtos viena nuo kitos tiesine grandine ir artėja viena prie kitos tik krovimo proceso metu. Disulfidiniai ryšiai nėra būdingi daugumai tarpląstelinių b altymų.
Konformacinis labilumas
Kadangi ryšiai, sudarantys tretinę b altymo struktūrą, yra labai silpni, dėl Brauno atomų judėjimo aminorūgščių grandinėje jie gali nutrūkti ir susidaryti naujose vietose. Dėl to šiek tiek pasikeičia atskirų molekulės dalių erdvinė forma, tačiau nepažeidžiama natūrali b altymo konformacija. Šis reiškinys vadinamas konformaciniu labilumu. Pastarasis vaidina didžiulį vaidmenį ląstelių procesų fiziologijoje.
B altymų konformacijai įtakos turi jo sąveika su kitaismolekulės arba terpės fizikinių ir cheminių parametrų pokyčiai.
Kaip susidaro tretinė b altymo struktūra
B altymų sulankstymas į savo gimtąją formą vadinamas lankstymu. Šis reiškinys pagrįstas molekulės noru įgyti konformaciją su minimalia laisvosios energijos verte.
Nė vienam b altymui nereikia tarpinių instruktorių, kurie nustatys tretinę struktūrą. Klojimo modelis iš pradžių „įrašomas“į aminorūgščių seką.
Tačiau normaliomis sąlygomis, kad didelė b altymo molekulė įgytų pirminę struktūrą atitinkančią prigimtinę konformaciją, prireiktų daugiau nei trilijonų metų. Nepaisant to, gyvoje ląstelėje šis procesas trunka vos kelias dešimtis minučių. Tokį reikšmingą laiko sutrumpinimą užtikrina specializuotų pagalbinių b altymų – foldazių ir chaperonų – lankstymas.
Smulkių b altymų molekulių (grandinėje iki 100 aminorūgščių) susilankstymas vyksta gana greitai ir nedalyvaujant tarpininkams, ką parodė eksperimentai in vitro.
Sulankstymo veiksniai
Pagalbiniai b altymai, susiję su lankstymu, skirstomi į dvi grupes:
- foldazės – turi katalizinį aktyvumą, jų reikia daug mažesniu kiekiu nei substrato koncentracija (kaip ir kiti fermentai);
- chaperonai – b altymai, turintys įvairius veikimo mechanizmus, kurių reikia koncentracijos, panašios į sulankstyto substrato kiekį.
Abu faktoriai dalyvauja lankstymo procese, bet nėra įtrauktigalutinis produktas.
Foldazių grupę atstovauja 2 fermentai:
- B altymų disulfido izomerazė (PDI) – kontroliuoja teisingą disulfidinių jungčių susidarymą b altymuose, kuriuose yra daug cisteino liekanų. Ši funkcija labai svarbi, nes kovalentinė sąveika yra labai stipri, o esant klaidingoms jungtims, b altymas negalėtų persitvarkyti ir įgyti natūralios konformacijos.
- Peptidil-prolil-cis-trans-izomerazė – keičia radikalų, esančių prolino šonuose, konfigūraciją, o tai keičia polipeptidinės grandinės vingio pobūdį šioje srityje.
Taigi, foldazės atlieka korekcinį vaidmenį formuojant tretinę b altymo molekulės konformaciją.
Palydėjai
Šaperonai kitaip vadinami šilumos šoko arba streso b altymais. Taip yra dėl reikšmingo jų sekrecijos padidėjimo neigiamo poveikio ląstelei metu (temperatūra, radiacija, sunkieji metalai ir kt.).
Chaperones priklauso trims b altymų šeimoms: hsp60, hsp70 ir hsp90. Šie b altymai atlieka daugybę funkcijų, įskaitant:
- B altymų apsauga nuo denatūracijos;
- naujai susintetintų b altymų tarpusavio sąveikos pašalinimas;
- neleisti susidaryti neteisingiems silpniems ryšiams tarp radikalų ir jų labializacijai (korekcijai).
Taigi, chaperonai padeda greitai įgyti energetiškai teisingą konformaciją, neįtraukiant atsitiktinio daugelio variantų surašymo ir apsaugant dar nesubrendusiusb altymų molekules nuo nereikalingos sąveikos viena su kita. Be to, palydovai teikia:
- kai kurios b altymų transportavimo rūšys;
- perlankstymo valdymas (tretinės struktūros atkūrimas po jos praradimo);
- nebaigto lankstymo būsenos išlaikymas (kai kuriems b altymams).
Pastaruoju atveju chaperono molekulė lieka surišta su b altymu sulankstymo proceso pabaigoje.
Denatūracija
Tretinės b altymo struktūros pažeidimas veikiant bet kokiems veiksniams vadinamas denatūracija. Natūralios konformacijos praradimas atsiranda, kai nutrūksta daug silpnų ryšių, stabilizuojančių molekulę. Tokiu atveju b altymas praranda savo specifinę funkciją, bet išlaiko pirminę struktūrą (peptidiniai ryšiai nesunaikinami denatūruojant).
Denatūracijos metu b altymų molekulės erdvinis padidėjimas ir vėl iškyla hidrofobinės zonos. Polipeptidinė grandinė įgauna atsitiktinės spiralės konformaciją, kurios forma priklauso nuo to, kurie b altymo tretinės struktūros ryšiai buvo nutrūkę. Šioje formoje molekulė yra jautresnė proteolitinių fermentų poveikiui.
Tretinę struktūrą pažeidžiantys veiksniai
Yra daugybė fizinių ir cheminių poveikių, galinčių sukelti denatūraciją. Tai apima:
- temperatūra virš 50 laipsnių;
- radiacija;
- terpės pH keitimas;
- sunkiųjų metalų druskos;
- kai kurie organiniai junginiai;
- plovikliai.
Pasibaigus denatūravimo efektui, b altymas gali atkurti tretinę struktūrą. Šis procesas vadinamas renaturacija arba perlankstymu. In vitro sąlygomis tai įmanoma tik mažiems b altymams. Gyvoje ląstelėje perlankstymą užtikrina palydovai.
