Преглед на структурата на белтъците

Вече говорихме доста за белтъците и за разнообразните им функции в биологичните системи – те могат да са хормони или антитела, да имат структурни и сигнални функции. Дългият списък от неща, които могат да правят в живите системи, се дължи на структурата им. Затова в това видео ще говорим за структурата на белтъците. За да я разберем по-добре, ще разгледаме тази молекула хемоглобин тук. Това е молекула хемоглобин, изградена от четири полипептидни вериги. Две от тях имат 141 аминокиселини, другите две имат 146 аминокиселини или общо 574 аминокиселини. Но те не образуват просто някаква случайна конфигурация, а конфигурация, която е наистина подходяща за изпълнение на функциите на хемоглобина, именно да транспортира кислород в червените кръвни клетки. Как протеини като хемоглобина – има много, много други видове протеини, които изпълняват много, много други функции. Как те получават структурата си? Можем да разгледаме въпроса по следния начин, стуктурата има различни нива или има различни степени на структуриране. Първата степен на структура можем да наречем първична структура. Първичната структура е просто последователността на аминокиселините. Когато говорим за транслация, когато иРНК стигне до рибозомите, тРНК носи аминокиселините, поставя ги и започва да ги свързва, тогава се създава първичната структура на белтъците. Това е информацията, която е кодирана в ДНК. ДНК кодира в каква последователност да поставим различните аминокиселини, само реда на аминокиселините. Следващото ниво на структура е начинът, по който се огъва полипептидът, как полипептидът се огъва в дадена форма, за да изпълнява различни функции? Второто ниво на структура е т.нар. вторична структура. Тя се дължи на взаимодействия в гръбнака на пептида. На взаимодействия в гръбнака на пептидния скелет. И аз имам няколко примера за това. Тук имаме полипептидна верига. Имаме куп аминокиселини, свързани с пептидни връзки. Това тук е пептидна връзка. Тя е между въглероден атом от карбонилна група и азотен атом, друга пептидна връзка между карбонилен въглероден атом и азотен атом, друга пептидна връзка. Тази полипептидна верига може да продължи надолу, може би се извива, може би се връща, кой знае? Виждаме, че когато се върне, все още започва с азот и върви към карбонилен въглероден атом, полипептидна връзка, азотен атом, въглероден атом от карбонилна група, пептидна връзка, но това, което става е, че тези две вериги, тези два гръбнака си взаимодействат. Изрично не нарисувах страничните вериги. Сложих "R" за различните странични вериги, но ти виждаш как си взаимодействат. Тук имаме азот. Азотът е електроотрицателен. Би привлякъл електрони от водородния атом, затова водородът ще има частичен положителен заряд. Кислородът е електроотрицателен. Той ще привлече електрони от въглерода, така че ще има частичен отрицателен заряд. Следователно този водород и този кислород, ще се привлекат. Това е водородна връзка, добрата ни стара приятелка, водородната връзка. Същото нещо ще се случи тук, същото нещо ще се случи тук. Така тези две вериги могат да образуват нещо като лист, всъщност тази структура се нарича нагънат бета-лист. Тук съм изградил бета-лист, но можеш да забележиш разликата. Тук вървяхме от азот към алфа-въглерод, това е алфа-въглерод тук, към карбонилния въглерод, азот, алфа-въглерод, въглерод от карбонилна група, тук ще бъде същото – посока от азот към алфа-въглерод, карбонилен въглерод, азот, алфа-въглерод, карбонилен въглерод, така че това е паралелен бета-лист. Тези две странични вериги си взаимодействат. Съжалявам, двата гръбнака си взаимодействат, те са в една и съща посока, така че можем да наречем това -- паралелен бета-лист. Във втория пример веригите са паралелни, но тръгваме от азот, алфа-въглерод, карбонилен въглерод, азот, алфа-въглерод, карбонилен въглерод, това е от лявата страна, но от дясната страна имаме карбонилен въглерод, алфа-въглерод, азот. Карбонилен въглерод, алфа-въглерод, азот. Вървим в противоположна посока. Всъщност, за да изградя това, копирах тази част, но я завъртях. Виждаш, че съм я нарисувал с главата надолу, тук имаме тези две неща, все още имаме водородните връзки между тях, между тези частично положителни краища, тази азот-водородна връзка, в края с водород, и този частичен отрицателен заряд на кислорода. Както виждаш, отново имаме водородни връзки, тези скелети са успоредни, но са в различни посоки. Това са антипаралелни бета-листове. Това е друга форма на вторичната структура. Тук ще видим, че гръбнакът е част от тази спираловидна структура и имаме водородни връзки между различните извивки на спиралата, или по-точно между различните слоеве на спиралата. Този кислороден атом е частично отрицателен, има частичен отрицателен заряд. Този водороден атом има частичен положителен заряд, така че имаме водородна връзка. Може да имаме водородна връзка тук и така получаваме тази спираловидна структура, която се нарича алфа-спирала. Така че тези взаимодействия в гръбнака, в пептидния скелет, стоят в основата на вторичната структура. Това е вторичната структура на протеина. Но това не е всичко. Вероятно се досещаш, че тези странични вериги имат какво да кажат. Някои от тези странични вериги са хидрофобни и биха искали да са във вътрешността, далеч от водата, далеч от външната среда. Някои от тези странични вериги могат да образуват водородни връзки с други странични вериги, така че те ще си взаимодействат по определен начин. Може да имаме странични вериги, които формират, дисулфидни връзки, ковалентни връзки с други странични вериги. Ще навлезем в повече детайли в следващо видео. Третият вид структура се нарича третична структура. Третичната структура се дължи на взаимодействия между страничните вериги. Да кажем, че имам следното. Може би има куп хидрофобни странични вериги. Означавам ги с "R". Нека приемем, че са хидрофобни и да кажем, че водата е тук отвън. Ще трябва да мислим пространствено, в три измерения. Веригите искат да избягат от водата, също може да имаме хидрофилни странични вериги, може полярните странични вериги да са от външната страна. Може да имаме ситуация, в която една странична верига, да я наречем R1, и друга странична верига R2 да образуват водородни връзки помежду си. Може би имат йонна връзка помежду си, има няколко различни видове взаимодействия между странични вериги, за които можем да мислим. Ще говорим повече за това в следващо видео. Всеки протеин, който се състои от един полипептид ще има само първична структура, вторична структура и третична структура. Но ако си имаме работа с белтък като хемоглобина, който е съставен от повече от един полипептид, тогава ще говорим и за четвъртична структура. Тя се отнася да това как различните полипептидни вериги образуват по-големи комплекси. Взаимодействия или подреждане на много вериги. В случая на хемоглобина имаме четири пептидни вериги. Надявам се, че това видео ти даде представа за тази интересна тема. Структурата на белтъците е забележителна научна област. Има толкова много възможни варианти за това как може да се изградят протеините, че ако ги разбираме по-добре, ще можем да преминаваме по-добре от ДНК към първична структура и да обясним как точно работят белтъците, какво правят, как можем да ги поправим при нужда, как могат да изпълняват други функции. Това е една изключително интересна област от биологията.