3. Четвъртична структура – роля за регулация на биологичната активност на белтъците. Механизми за
поддържане на конформацията на белтъците – участие на ензими и шаперони. Значение на взаимната връзка
между структурата и функцията на белтъците за медицината. Дефекти в рецептори (фамилна
хиперхолестеролемия, diabetes insipidus). Болести поради нарушена конформация (прионова болест, болест на
Алцхаймер). Експресия на точкови мутации (сърповидно-клетъчна анемия). Дефекти в пост-транслационната
обработка на белтъците (скорбут и гликиран хемоглобин).
Четвъртичната структура
се определя от пространственото разположение на две или повече
полипептидни вериги (наричани субединици или протомери), образуващи общ комплекс.
Всяка субединица има своя първична, вторична и третична структура.
Първичната структура на субединиците може да бъде еднаква, или различна и съответно белтъците
биват хомо- или хетеро-олигомери.
Субединиците са свързани чрез нековалентни взаимодействия (водородни връзки, хидрофобни и
електростатични взаимодействия). Ако са налице ковалентни връзки, те са резултат от следсинтетична
модификация.
Едни от субединиците изпълняват каталитична функция, а други разпознавателна и регулаторна
функции.
Промяната в пространственото разположение на субединиците променя свойствата на молекулата.
Затова белтъците с четвъртична структура имат важна роля за регулацията на вътреклетъчните процеси.
Хемоглобинът е пример за белтък с четвъртична структура. Изграден е от 4 субединици – две алфа- и
две бета – вериги, всяка със 141 и 146 остатъка съответно. Всяка от субединиците и глобуларен белтък и
комплексът също има форма на глобула. Всяка от веригите носи хем (Fe – порфиринов комплекс). Връзките
между четирите вериги на хемоглобина са слаби, нековалентни (йонни, йон-диполни, дипол-диполни) и
водородни. Полученият тетрамер има биологична активност, но тя се губи при разграждането му до
субединици.
Конформацията
на белтъка, в която той изпълнява биологичната си функция, се приема за нативна.
Денатурацията
е процес, при който под въздействия на различни химични и физични агенти (висока
температура, киселини, основи, детергенти, лъчения) се нарушава конформацията на молекулата, променят се
физикохимичните свойства и се губи биологичната активност.
Тя може да бъде обратима или необратима. При обратимата денатурация след отстраняване на денатуриращото
въздействие молекулата отново приема нативна конформация (ренатурация).
Белтъците в изоелектричната си точка губят хидратационната обвивка и се утаяват. Утаените белтъци по-
лесно денатурират.
В клетките има механизми, които поддържат конформацията на белтъците и съдействат за правилно
“нагъване” (folding) на полипептидната верига.
В клетките има специални белтъци, които улесняват процеса на нагъване. Това са:
1. протеин дисулфид измерази, които катализират преместване на дисулфидни връзки,
2. пролил цис-транс изомерази.
3. Шаперони
Образуването на дисулфидни мостове на точно определените места в полипептидната верига е
необходимо условие за запазване на тяхната биологична активност.
Протеин-дисулфид изомеразата (PDI) е един комплексен ензим с много домени, който катализира
едновременно образуването на дисулфидните мостове и преместването им, преподрежда ги, когато са
образувани на места, които не са детерминирани от първичната структура.
PDI притежава силно реактиво-способен цистеинов остатък (pKa 4), който атакува образуваните
неправилно дисулфидни мостове. Образуваният в резултат на тази реакция смесен дисулфид участва в
преподреждането и образуване на дисулфиден мост на правилното място.
Дисулфидните мостове в нативната конформация не се атакуват от ензима, защото обикновено са
включени в стабилна третична структура и не са са достъпни за действието на ензима.