STRUCTURA TRIDIMENSIONALA

Aceasta structura rezulta din inter- actiunea stricta a resturilor dc aminoa- cizi care in succesiunea liniara se loca- lizeaza dcpartc unul de altul, acesta fiind modul de impachctare a lantului poli- peptidic intr-un volum anumit.
Forta motrice la aparitia acestei structuri e interactiunea radicalilor ami- noacizilor cu moleculele de apa. Cu alte cuvinte, structura e determinata dc marimea, fonna, polantatea acestor ra- dicali. Anume structura tridimensionala contine informatia functionala, ce sta- bile§tc proprietatile biologice §i infonnatia nativa a protcinelor.
Un lant polipcptidic adopta, in masura in care-i permite structura sa primara, configuratii de a-elice, de p-structura; impachetarea lantului cauta sa satisfaca §i afmitatile radicalilor, ccca ce fixeaza conformatia ei. Aceasta con- formatie e un compromis, deoarece nu se pot realiza toate legaturile posibile, dar acest compromis este cel mai favorabil §i cel mai stabil din punct de vedere energetic.
Stabilizarea structurii e determinata de acelea^i legaturi: de hidrogen, electrostatice, hidrofobc, Van der Waals. Prima protcina, a carei structura a fost stabilita, este mioglobina - proteina ce leaga 02 in mu§chi. Ea contine in catena polipeptidica 150 aminoacizi §i o grupare neproteica numita hem (fig. 1.7).
Figura 1.6. Spirula de colagen A - spirala Iripld, sunt prezentati atomii C(X;
B - conformatia unei catene din triplu, este ilustrata secventa - Gly - Pro - Pro;
C - sectiunea transversala prin modelul de colagen - trei catene unite prin leg. H, unde Ca e al Gly.
Figura 1.7.Conformatia catenei mioglobinei (A) j; a catenei fi din hemoglobind (B)
B
-31 -
Scheletul are 8 segmente elicoidale, cel mai lung contine 23 aminoacizi, cel mai scurt -7 aminoacizi, ce includ aproape 80% din resturile de aminoacizi. Radicalii ocupa aproape tot spatiul dintre segmente. Molecula e atit de compacts, incit in interiorul ei pot sa se acumuleze numai 4 molecule de apa.
Regiunile elicoidale sunt separate de segmente neelicoidale la nivelul carora lantul polipeptidic i§i schimba directia. In aceste puncte finale se posteaza prolina. Interiorul moleculei e fonnat din aminoacizi cu radicalul nepolar, exceptie fund doua resturi de histidina ce leaga hemul.
Grupele polare se afla pe exteriorul moleculei, in alte rasuciri - resturi de serina, treonina, asparagina: hemul ce contine Fe leaga o molecula de 0,.
Cum sunt impachetate alte proteine globulare, la fel constituite dintr-un lant polipeptidic?
Citocrom C - proteina ce contine hem, dar se deosebe§te dupa structura secunda- ra, tertiara, succesiunea de aminoacizi ?i proprietatile biologice; lizozima - 40% formeaza structuri elicoidale; ribonucleaza, la fel proteina globulara, contine foarte putine a- segmente, majoritatea se gasesc in (3-structuri, dar ca §i lizozima contine 4 resturi de
cisteina ce determina duritatea structurii (fig.
1.8, 1.9).
In proteinele ce fianctioneaza in cxterioml celulei astfel de legaturi intracatenare disul- fidice sunt pennanente. Fiecarc proteina se caracterizeaza prin structura tridimensionala proprie doar ei, special adaptata pentru indeplinirca anumitei functii biologice. Proteinele acestei clase sunt mult mai complexe dupa conformatie decit cele fibrilare, indeplinesc functii variate §i activitatea lor are un caracter dinamic. in majoritatea lor proteinele sunt globulare.
Care sunt datele experimentale ce confirma ca anume conformatia moleculei e necesara pentru activitatea biologica
Figura 1.8. Scheletul moleculei de citocrom C - in a protein ei?
centru hcmogrupa fixata covalent, mai intensiv ' _
coiorat sunt aminoacizii invariant 1 • b-a constatat ca sub actiunea ureei, la
incalzire, stmctura scheletului covalent
ramine neschimbata, dar lantul polipeptidic
define o conformatie neregulata ?i i§i pierde activitatea biologica.
2. La compararea lungumii lantului §i diametrului spiralei cu marimile reale ale proteinei se constata ca un lant polipeptidic din 584 aminoacizi are in (3-structura o lungime dc 200 nm $i grosime de 0,5 nm, in a-spirala - 90 nm lungime §i grosimea de 1,1 nm, globula acestui lan| se cuprinde in lungimea de 13 nm §i diametrul de 3 nm. A$adar, lantul polipeptidic al albuminei este foarte bine impachetat, in caz contrar nu ar indeplini functia necesara.
-32-
Modul de impachetare a catenelorpoli- peptidice in proteinele globulare intr-oglo- bula sterica e structura tertiara. La forma- rea acestei structuri se evidentiazS centrele active, locusurilc dc fixare ?i identificare a li- ganzilor ce detenninS functia proteinelor.
Concluzie: Daca structura secundarci e determinatei de interactiunea resturilor de aminoacizi in segmentele apropiate, apoi cea tertiara - de interactiunea lor din segmentele depdrtate. Un rol deosebit il are $i interactiunea R-grupelor catenelor invecinate.
O anumitS importantS structuralS in lanturile
Ace§tia se grupeazS la unghi, in locul fixSrii grupelor prostetice.
La o rScire lentS a solutiei proteice sau la evoluarea pi I spre normal, proteina i§i restabile§te functia biologies (renaturatie), fapt ce confirms cS informatia necesarS pcnlru impachetare e determinata de structura primara. Proteina se impacheteaza nu chiar simplu, de exemplu: ribonucleaza in care se formeaza 4 punti disulfidice in acelea§i pozitii ca §i in cea nativa, teoretic, din 8 resturi de aminoacizi se pot forma 105 variante, dar se formeaza numai una. Structura tertiara nu-i rigida absolut, se caractcrizeaza printr-un grad de fluctuate locala §i o anumita elasticitate. De exemplu, moleculele enzimei la legarea substratului i?i schimba confonnatia.
Proteinele se fonneaza din aminoacizi, cu o viteza mare. Proteina compusa din 100 aminoacizi in 5 sec. i§i capata confonnatia finala. Dar daca s-ar cauta toate variantele, ar fi nevoie de 105 ani. Procesul de asamblare are loc momentan, cu un grad mare de cooperativitate. Aceasta inseamna ca daca s-a impachetat un segment mic, apoi instantaneu create probabilitatea aranjarii celorlalte segmente.
Dupa uncle scheme structurale la nivelul organizarii tertiare a moleculelor proteice, in planul de asamblare e inclus un concept nou, care facilitcaza perceperea perfects a raporturilor dintre structura §i functie, a organizarii pe domeniistructurale. Prin cuvintul domeniu se subinteleg regiunile compacte cu organizarea tertiara relativ rigida, separate intre ele de catre segmentele mai putin organizate, care pennit mi§carea unui domeniu fata de altul (fig. 1.10).
Fiecare domeniu stmctural e responsabil de o anumita functie a proteinei. Gradul de flexibilitate a domeniilor variaza de la mi§cari mai ample la altele mai restrinse, in dependents de natura segmentelor interdomcniale. Domeniile se asociazS cu functiile de legaturS. Centrele active ale enzimelor sunt situate intre domenii care i^i schimbS pozitia unul fatS de altul in procesul functionSrii biologice a proteinei. O altS propnetate foarte importantS: domeniile cu stmeturi si proprietSti similare suntprezente in diferite protcine,
compacts
specia organismului respectiv (sursa proteinei).
-33-
Figura 1.10. Imagined schematics a unci proteine compuse din 2 domenii. Centrul de fixare a iigandului se ajla intre domenii
exercitind roluri asemanatoare.
Multe proteine sunt alcatuite din mai muite lanturi polipeptidice $i se numesc proteine oligomere (hemoglobina e constitute din patru lanturi $i patm grupe prostetice cu atomii sai deFe) (fig.
1.11).
Fiecare lant (2a ?i 23) are structura sa tertiara, ocupa pozitia de tetraedru unul fata de altul, formind in ansamblu structura cuaternara. Catena a con- tacteaza cu 3, interactiunea dintre ele (a- a §i 3-3) fund minima. Hemoglobina animalelor are aproape aceea§i structura tertiara §i cuaternara, avind mult in comun cu structura mioglobinei, acelea§i functii. Cu certitudine, in cadrul
succesiunii aminoacizilor, proteinele omoloage contin un rind de resturi de aminoacizi invarianti, 9 aminoacizi ocupa aceea§i pozitie; e aceea§i histidina distala §i proximala, e la fel dc reprezentativ §i interioml nepolar al struclurii.
Modul de asociere in spatiu a protomerilor - moleculelor oligomere - se atestd ca structura cuaternara. La o asemenea proteind funcfia specified se manifesto numai la nivelul structurii cuaternare, protomerii separati sunt neactivi. Asamblarea subunitatilor se realizeaza prin forte slabe nccovalente §i asocierea devine stabila daca suprafetele de contact (ale domcniilor) sunt complementare, iar un numar cit mai mare de atomi se apropie de nivelul razelor Van der Waals. Complementaritatea asigura un grad inalt de exactitate §i de specificitate a structurii cuaternare.
Interactiunea prin suprafetele de contact reprezinta fenomenul de coopera- re, adicaprimele interactiuni favorizeaza formarea cclorlalte. Structurile cuaternare permit functionarea unor mecanisme fine de reglare a activitatii proteinelor (forma T - tensionata §i R - relaxata). Perturbatia are loc la nivelul unui protomer (Fe iese la 0,6 A din planul hcmului, la oxidare intra un plan - histidina proximala avind 15 contacte, modifica conformatia oligomerului, re- stmetureaza spirala §i unghiurile ei) (fig.
1.12).
Figura 1.11. Modehtl hemoglobinei
P-catene sunt colorate mai intensiv; a-catene sunt
celelalte; h - Itemul in molecuta (dupa M. Pcrutz)
-34-
Figura 1.12. Modijicarile conformafionale induse de deplasarea Fe la oxigenare. Structura oxigenata e colorata mat intensiv decit cea dezoxigenata
Majoritatea proteinelor oligomere studiate, de regula, au un numar pereche de pro- tomeri, situati bilateral simetric. Moleculele proteice nu sunt rigide, au o anumita flexibi- litate §i manifestari diferite: de la mi§cari simple in jurul legaturilor ordinare pina la fluctua- tii respiratorii. La fonnarea compu§ilor flexibilitatea scade. Vibratiile moleculare joaca un rol deosebit in procesul de depistare §i stabilizare a starii tranzitorii.