Závodszky Péter

Fehérjék - a szerkezettől a funkcióig, a fizikától a biológiáig

IV. A fehérjék térszerkezetét másodlagos kötések alakítják

6. ábra

Mai értelmezésünk szerint a komplex biológiai rendszerek, például egy sejt alkotóelemei, sokrétű bonyolult és dinamikus kölcsönhatásban vannak egymással, s ezek a kölcsönhatások elektromágneses természetűek, elsősorban Coulomb-erőkre vezethetőek vissza (7. ábra). Ismét hangsúlyozni kell, hogy a fehérjék mindig vizes közegben működnek, s maguk is jelentős mennyiségű, 20-70 %-nyi, felszínükön és üregeikben kötött vizet tartalmaznak (8. ábra). Ezen hidrátburok vízmolekulái integráns részét képezik a térszerkezetnek, s elengedhetetlenek a működéshez. A fehérjék különleges képessége, szerkezeti és funkcionális sokoldalúsága elsősorban annak tulajdonítható, hogy szemben a szilárd anyagokkal, amelyeket főként erős kovalens és ionos kötések tartanak egyben, és a folyadékokkal, amelyeknek részecskéi között gyenge másodlagos kötések hatnak, a fehérjékben e két kötéstípus kombinációjával találkozunk. Egy "semmire sem jó" aminosavoldatot a sejt fehérjéitől az különbözteti meg, hogy a sejt működési körülményei között az aminosavak kovalens kötéssel, eltéphetetlenül, adott sorrendben láncba vannak rendezve. Ez a polipeptidlánc korlátozott flexibilitással rendelkezik, ami lehetővé teszi a térbeli gombolyodást, felcsavarodást, a lánc nem szomszédos oldalláncainak közelkerülését (9. ábra).

7. ábra

8. ábra

9. ábra

A nem-kovalens kötések közeli molekulák és molekularészletek közötti töltés-kölcsönhatások következményei. Egyenként kicsiny stabilizációs energiát jelentenek. Az élettel összeegyeztethető hőmérsékleten, a hőmozgás következtében könnyen felhasadnak, de nagy számuk és együttműködő, kooperatív természetük miatt együttesen jelentős szerkezetrögzítő, stabilizáló hatást jelentenek. Az ilyen részben kovalens, részben másodlagos kötésekkel stabilizált szerkezetek, a fehérjék sok különleges, az élettelen világban ritka tulajdonsággal rendelkeznek. Legfontosabb sajátságuk, hogy miközben jól definiált szerkezettel rendelkeznek, az óriásmolekulát alkotó atomhalmaz állandó, a hőmozgás által hajtott dinamikus fluktuációban van. Ennek folytán a térszerkezet nagyfokú flexibilitással is rendelkezik, könnyen képez komplexet egy nagyjából komplementer felülettel (egy másik, bonyolult makromolekulával), a kölcsönös adaptáció lehetősége révén.

Animáció: A felismerés alapja a mintázat és a töltéseloszlás