Кратко и по существу.
1) Какие взаимодействия определяют третичную и четвертичную структуру
- Водородные связи (между полярными группами боковых цепей и пептидной цепи) — стабилизируют локальные и дальние контакты.
- Ионные взаимодействия / соль‑мосты (заряженные боковые цепи Asp/Glu ↔ Lys/Arg) — важны для локальной стабилизации и специфических интерфейсов.
- Гидрофобные взаимодействия (скрытие неполярных боковых цепей от воды) — основной фактор упаковывания ядра третичной структуры и ассоциации субъединиц.
- Ван‑дер‑Ваальсовы силы — короткорадиусные контакты, важные для плотной упаковки.
- Ковалентные дисульфидные мосты (Cys—Cys) — стабилизируют третичные и межсубъединичные связи в вне‑клеточных белках.
- Координация ионов/металлов (Zn, Fe и т. п.) — фиксирует конформацию (например, цинковые пальцы) и участвует в каталитических/структурных ролях.
Отличие: третичная — пространственное упорядочение одной полипептидной цепи; четвертичная — ассоциация нескольких полипептидных цепей через перечисленные НЕ(и иногда ков.) взаимодействия.
2) Как мутация одной аминокислоты может изменить функцию белка
- Изменение стабильности/свёртывания: замена неполярной в ядре на полярную повышает свободную энергию свёртывания — изменение $\Delta G$. Эффект обычно описывают как $\Delta \Delta G$ (изменение стабильности при мутации); положительное $\Delta \Delta G$ — дестабилизация, что может привести к распаду структуры или агрегации.
- Нарушение активного центра: замена каталитической остатка (например, Ser, His, Asp в сериновой протеазе) прямо нарушает каталитический механизм — потеря активности.
- Изменение поверхности/интерфейса: замена на более гидрофобную/полярную аминокислоту может усилить или ослабить связывание с партнёрами, нарушить четвертичную структуру или вызвать ложную олигомеризацию.
- Создание/разрыв дисульфидного моста: замена/введение Cys может радикально изменить стабильность и конформацию.
- Изменение посттрансляционных модификаций: замена Ser/Thr/Tyr может убрать сайт фосфорилирования/гликозилирования и тем самым изменить регуляцию или локализацию.
- Стерические и динамические эффекты: крупная боковая цепь может вызвать столкновения, смещение петель, изменить динамику и путь передачи аллостерического сигнала.
- Изменение сродства к ионам/кофакторам: замена координирующих остатков (Cys/His/Asp/Glu) разрушает связывание металла и функцию.
Примеры:
- Смена Glu6→Val в β‑гемоглобине (серповидно-клеточная анемия) — образование гидрофобной поверхности → полимеризация гемоглобина, изменение четвертичной структуры и механики эритроцитов.
- Замена каталитического серина в сериновой протеазе → потеря каталитической активности.
Итог: одна точечная мутация может изменять энергию свёртывания ($\Delta \Delta G$), геометрию активного центра или поверхностные взаимодействия, что приводит к утрате или модификации функции через локальные или глобальные структурные изменения.