STRUCTURA SECUNDARA

STRUCTURASECUNDARA se obtine in rezultatnl interactiunii sterice a resturilor de aminoacizi localizati alaturi in succesiunea liniara.
Unele dintre aceste interactiuni au un caracter reglcmentat, geneiind astfel o anumita periodicitate. Drcpt exemplu ne serve§te oc-elicea, structure (3 sau structura in foaie plisata §i spirala decolagcn. Eposibil oare ca lantul polipeptidic sa obtina o structura din portiuni repetabile?
L. Pauling §i R.Corey, studiind un $ir de conformatii potentiate, au elaborat modele moleculare exacte - una din structurile secundare mai des infinite §i dintre cele mai avantajoase, luind in considerare rigiditatea geometrica a legaturii peptidice §i variatiile de unghi admisibile, se dovede§te a fi a-eliceaSpirala are forma unui cilindru, rasucit tensionat, lantul de baza fomieaza partea interna a cilindrului, iar radicalii (lant exterior) sunt orientati spre exterior, mi§cindu-se conform spiralei. Spirala este stabilizata de legaturile de hidrogen dintre Nil §i CO, grupe ale lantului de baza. Grupa CO a fiecarui aminoacid se reune§te prin legatura de hidrogen cu NH, grupa aminoacidului situat in succesiune liniara cu patru resturi in
-27-
avans. Deci, toate grupele CO $i NH ale lantului de baza sunt unite intre ele prin legaturi de hidrogen. Pasul elicei contine 3,6 resturi de aminoacizi, adica aminoacizi separati in succesiuni liniare de 3 - 4 resturi de aminoacizi, fiind amplasati foarte aproape in structure spiralei. Dimpotriva, aminoacizii aflati la doua resturi diferenta unul de altul, spatial sunt plasati opus unul fata de altul §i, deci, interactiunea reciproca devine imposibila. Pasul spiralei este de 5,4A (angstrom, imitate de Iungime echivalenta cu 0,1 nm, dcnumita astfcl in cinstea savantului spectroscopist A. Angstrom). La ficcarercst, aminoacidul avanseaza pe verticals cu 1,5 A. Diametrul acestui bastona§ in care se afla atomul C-a estedelOA. Sensul rasucirii lantului polipeptidic poate fiatit de la stinga la dreapta, cit §i viceversa. Toate cercetarile a-elicei proteinelor se refera la prirnul tip.
Cota cx-elicei in proteinele studiate pina acum este imens de variabila. in unele proteine, de exemplu mioglobina §i hemoglobina, a-elicea sta la baza acestor structuri, insa proteina chimotripsina e lipsita de ea complet. Elicele fonneaza unele elemente proteice lungi, ajungind la mai mult de 1000A. Doua §i mai bine spirale pot sa se rasu- ceasca ca firele in fringhie groasa. Astfel de structure se nume§te superspirala §i o gasim in diferite proteine ca: miozina, keratina, tropomiozina, fibrina §i in alte proteine sanguine etc. Asemenea structuri indeplinesc unrolmecanic, formind fibre, §i sunt caracteristice pentru proteinele fibrilare. L.Pauling cu R.Coreyauprezis aceasta structure cu 6 ani inaintedea fi experimental depistata prin metodaanalizeiR-structurale. A fostdescoperita oeranouainbiologiamoleculara, favorizindposibilitatidea prezice conformatia lantului polipeptidic, in cazul in care sunt explorate proprietatile ingredientelor.
Insa nu toate polipeptidele sunt capabile sa formeze spirale. Exista aminoacizi dezorganizatori ai elicei in structure primara. Aceste resturi de aminoacizi impiedica sau diminueaza tendinta de rasucire elicoidala a unui lant polipeptidic. S-a stabilit ca:
1. Prezenta prolinei intrerupe rasucirea elicoidala a lantului polipeptidic. Atomul de azot se include in componenta inelului rigid din structure aminoacidului, ce exclude orice rotire cit de mica in jurul legaturii N-C. Atomul de azot care formeaza legatura peptidica n-are atom de hidrogen §i de aceea el nu-i capabil sa formeze legaturi de hidrogen intracatenare. In consecinta, structure spiralica se deregleaza intotdeauna acolo unde e prezent acest aminoacid, formindu-se un cot, o indoire, o incovoiere in lant.
2. Daca in succesiunea aminoacizilor sunt alaturate multe resturi de acid glutamic, apoi la pH = 7 apare o forta dc respingcre intre grupele carboxilice incarcate negativ, forta carora e mult mai mare decit fortele stabilizatoare ale puntii de H a spiralei. Din aceea.si cauza segmentul de catena, cu un numar mare alaturat dc resturi ale aminoacizilor ca lizina sau arginina, cu o sarcina pozitiva, nu va avea forma elicoidala.
3. Rcsturile unor aminoacizi (valina, serina, treonina, izoleucina, asparagina), avind radicali volumino§i la C-a, confera o oarecare stringere sterica a elicei, servind drept factori destabilizatori (grupa OH a serinei, treoninei pot forma punti de H). La fel vor reactiona §i resturile de cisteina, care fomieaza punti disulfidice covalente. Ele vor lega rigid pozitnle ktntunlor polipeptidice ^i in vecinatatca acestor regiuni rasucirea elicoloidala nu mai poate avea loc.
Rezulta ca avem 4 tipuri de limitari care inlluenteaza asupra confonnatiei catenei polipeptidice:
-28-
1. rigiditatea legaturii peptidice;
2. fortele electrostatice de respingerc sau atragere, daca aminoacizii le au in
apropiere;
3. prezenfa radicalilor volumino$i;
4. prezenta iininoacidului - prolina.
S-a stabilit ca structura primaraconstMnsuccesiuneaaminoacizilor in lanf, lcgaturile covalente peptidice aparfinind catenelor. Structura secundara se caracterizeaza prin conformafia in spafiu a resturilorde aminoacizi in lanfulpolipeptidic. Exemplu clasicde a - spirala e a -spirala keratinei ce confine multa cisteina. Dupa cantitatea de Cys se evidentiaza keratina diferitelor surse. La broasca festoasa, de exemplu, confinutul de Cys este egal cu 18%. Carapacea ei nu numai ca are o duritate excelenta, dar in conditii fiziologice e insolubilain apa. Globulinele §i mai ales albutninele datoritasolubilitafii lor in apa, permit formareaunei solutii de 60%.
Care-i cauza acestei deosebiri? a-keratinele contin aminoacizi care au grupe hidrofobe localizate pe suprafata exterioara a elicei, ce ocupa o pozitie fixata §i sunt orientate spre faza apoasa. in proteinele globulare de asemenca avem grupe hidrofobe, dar ele sunt camuflate, n-au contact cu apa, iar pe suprafata exterioara sunt ata§ate grupe hidrofile sau polare.
In acela$i an L. Pauling $i R. Corey au descris o alta varianta de structura periodica - a§a-numita (5-structura sau structura in foaieplisata (fig. 1.4).
Figura 1.4. f)- structura
Ea se deosebc§te de a -spirala prin:
1. Forma plata, dar nu dc bastonas, in fibroina, de exemplu, catencle polipeptidice sunt localizate paralcl una fata de alta, formind plise ?i de aceea astfel de structura se nume§te foaie plisata sau dc straturi. Fibroina confine 100 %, iar alte proteine - proporfii variate de asemenea structuri.
2. Distanfa intre doua resturi de aminoacizi e de 3,5E (nu de 1,5 ca la oc-spirala). Structura-(3 estabilizataprin punfi de hidrogen intercatenare,darnu intracatenare ca la a-spirala. Radicalii de aminoacizi ies in ambele parti ale structurii-(3.
Exista ap (5-keratinele. in (3 nu se formeaza punfi disulfidicc intre catcnc, lanturilc fiind directionatediferit-antiparalel. Structura (3,1arindulei,e determinata dc seevenfa de aminoacizi in lanful polipeptidic. O condifie obligatorie e ca resturile de aminoacizi sa
-29-
posede grupe mici. A§adar, in fibrinoina mStasei majoritatca acestor rcsturi revine glicinei §i alaninei. Fiecare al doilea aminoacid e glicinS. (3-keratinclc apartin tot protcinelor fibrilarc insolubile in apS, dar sunt mai flexibile §i mai greu se extind. Periodicitatea structurii se repeta peste 7 A.
Aceste concluzionSri rezultS din unnatoarele experimentSri:
DacS cc-keratinapSruluiesteprclucratScu unele substante§iapoisupusSactiunii aburilor, ca sc cxtinde aproapc de 2 ori fata de lungimea initials. Radiograma acestei stSri e caracteristica fibroinei, adicS i§i pierde a-elicea §i capStS (3-structura, ca rezultat al ruperii legSturilor de hidrogen, ce stabilizau oc-spirala. Daea a-keratina se race§te §i se ia greutatea respective, apoi automat se reintoarce la conformatia de a - spirala. Procesul e cauzat de faptul ca in oc-elice radicalul grupelor este mai mare decit in P -structure §i de accea ultima conformatie in astfel de compu$i e mai putin stabile. AceastS proprietate a a -keratinei se datoreazS §i prezentei vSdite a legSturilor transversale disulfidice care stau la baza elasticitStii firclor de pSr (fig.
1.5)-
Unii aminoacizi destab ilizeazS structuraplisatS, printre ei: Glu, Pro,
Lys, Ser, Asp. Alti aminoacizi favorizeazS formarca structurii plisate ca: Met, Val, He.
Al treilea tip de s true turd periodica e spirala de colagen.
AceastS structure specifics detenninS elasticitatea colagcnului - components de bazS a piclii, oaselor.
Ca proteinS fibrilarS el se gSse§te, in conditii diverse, aproape in toate organele, determinind fonnarca unor unitSti structurale. Fiind insolubil, s-a studiat dificil §i numai dupS ce s-a observat cS colagenul din tesuturile animalelor tinere poate fi extras in stare solubilS, deoarece in el lipsesc legSturile transversale, s-a putut stabili unitatea strueturalS de bazS - tropocolagenul. Ultimul e alcStuit din trei catcne de aceca§i lungime §i stmcturS, care pot fi similare la unele tipuride colagen. 1/3 din aminoacizi ii revine glicinei, cantitSti dcosebiteconstituind prolina, rar intilnitS in alte proteinc. Confine hidroxiprolinS ?i hidroxilizinS. Colagenul arc o regularitate mare in succesiunea aminoacizilor - al treilea rest apartine glicinei. Foarte des se repetS seevente ca Gly-Pro-Hidroxipro. Spirala de colagen se caracterizeazS printr-un grad de stabilitate a lungimii, detenninat de interactiunile cooperative, adicS de fonnarca lanturilor multiple care se amplifies reciproc (fig. 1.6).
Christian Anfinsen, studiind ribonucleaza, cnzimS ce scindeazS RNA, a stabilit un principal universal, fudamental in biologia molccularS §i anumc: succesiunea aminoacizilor delerminS $i conformatia.