1.2. УРОВНИ ОПИСАНИЯ СТРУКТУРЫ МАКРОМОЛЕКУЛ

В настоящее время используется четыре уровня описания структуры биополимеров. Важно понять, что структура молекулы одна и та же, но уровни описания ее могут быть разными.

Первичная структура - описание последовательности мономерных звеньев в полимерной цепи. Первичная структура белков есть описание последовательности аминокислотных остатков в полипептидной цепи. Первичная структура нуклеиновых кислот есть описание последовательности нуклеотидов в полинуклеотидной цепи.

В обоих типах биополимеров первичная структура имеет направленность. В белках аминокислотные остатки соединены "голова" к "хвосту" так, что на одном конце цепи имеется свободная аминогруппа, а на другом - свободная карбоксильная группа. Синтез белка идет в направлении от NH - конца к СООН - концу. У нуклеиновых кислот на одном конце имеется свободная – ОН - группа, а на противоположном - - ОН - группа. Синтез ДНК идет в направлении .

Первичная структура молекулы биополимера во многом определяет более высокие уровни ее организации. Поэтому определение первичной структуры молекул биополимеров является важнейшей задачей молекулярной биологии.

Вторичная структура - описание взаимного расположения ближайших соседей в полимерной цепи.

В белках и нуклеиновых кислотах различные части молекулы обычно имеют разную вторичную структуру. В белках спирализованные участки чередуются с участками, не имеющими регулярного расположения аминокислотных остатков (это, однако, не означает, что расположение мономеров в этих участках произвольно и может меняться от молекулы к молекуле).

Третичная структура - описание взаимного расположения удаленных в первичной последовательности мономеров. Третичная структура описывает пространственную организацию молекулы биополимера как целого. Например, молекула белка может иметь форму глобулы или вытянутой нити. Соответствующие белки называются глобулярными и фибриллярными. При описании третичной структуры могут быть указаны и более мелкие подробности, например, наличие на поверхности глобулы щели, углубления, кармана и т.д.

При изменении физико-химических условий (температура, рН, ионная сила и пр.) третичная структура может изменяться, что играет важную роль в регуляции функций молекул биополимеров.

Четвертичная структура - описание субъединичного строения функционально активной молекулы биополимера. Часто молекула биополимера, выполняющая сложную функцию, состоит из нескольких субъединиц, образующих комплекс, стабилизированный нековалентными взаимодействиями.

Количественный и качественный состав субъединиц и их взаимное расположение в комплексе обычно стабильны. Поэтому говорят об определенной четвертичной структуре, указывая количество субъединиц каждого типа. Например, гемоглобин имеет четвертичную структуру . Это означает, что в состав молекулы гемоглобина входит две - субъединицы и две -субъединицы. У некоторых белков четвертичная структура не фиксирована, и число субъединиц может варьировать.

При описании структуры молекул используются еще два термина - конфигурация и конформация. Под конфигурацией понимают описание расположения атомов в мономерных звеньях бионолимеров. Под конформацией понимают описание более или менее устойчивых расположений атомов, если речь идет о конформации мономерных звеньев, или о расположении самих мономерных звеньев, если речь идет о конформации молекулы биополимера в целом.

Конформация макромолекулы изменяется в результате вращения атомных группировок вокруг химических связей. Эти вращения могут быть вызваны тепловыми столкновениями или межмолекулярными взаимодействиями. Например, мономерные звенья могут поворачиваться относительно связей, соединяющих их друг с другом. Вращения вокруг связей играют важную роль в формировании третичной структуры биополимеров.