Методом рентгеноструктурного анализа доказано существование еще двух уровней организации белковой молекулы: надвторичная структура и доменные белки - промежуточные между вторичными и третичными структурами.
Надвторичная структура обусловлена наличием ансамблей взаимодействующих между собой вторичных структур. Это агрегаты, в которых а-спинные и ß-структурные участки в белках взаимодействуют друг с другом и между собой. Например, надвторинною структурой является суперспирализо-вана а-спираль, в которой два а-спиральные полипептидные цепи скручиваются между собой, создавая левую суперспираль (рис. 8). Короткие участки этой суперспираль встречаются в глобулярных белках (бак-ородопсин, гемеритрин), но, как правило, в наиболее благоустроенной форме, в фибриллярных белках. В структуре кератина три а-спиральные цепи скручиваются в надвторинну структуру, образуя первичный агрегат - протофибрилл, которые затем, в свою очередь, объединяются в более сложную организацию белков - микрофибрилл, образующих волос. Такая структура объясняет, почему шерсть является эластичной, легко растягивается и после снятия усилия постепенно восстанавливает свою длину. Так что межмолекулярные связи слабые, шерсть не отмечается прочностью.
Коллагеновая спираль. Коллаген один из самых распространенных белков организма человека, на его долю приходится около 30% общего количества белка. Это волокнистый, нерастворимый в воде белок. Вместе с другими веществами он образует коллагеновые волокна, которые составляют основную массу соединительной ткани человека. Единичный цепь коллагена (первичная структура) содержит около тысячи аминокислотных остатков и похож на ломаную линию, поскольку почти все полипеп-тидний цепь построен из повторяющихся триплетов состава (гли-о-о-OH), т.е. содержит остатки антиспиральних аминокислот. Поэтому при формировании вторичной структуры он не может давать типовых а-спиралей, имеющих винтовую симметрию, и имеет форму сильно вытянутой спирали (а-цепи). Три параллельно вытянутые а-цепи скручиваются в надвторинну структуру - суперспираль (проколлаген или тропоколлагена), которая стабилизируется водородными связями между триплетами различных цепей. Спиральные цепи сильно приближены друг к другу, и в целом суперспираль имеет компактную структуру. Плоские кольца пролина и гидроксипролина, регулярно чередуются вдоль цепи, как и мижланцюгови связи между а-цепями тропоколлагена, придают ей жесткости, поэтому коллаген устойчивый к растяжению.
Коллаген имеет большое значение в медицинской практике. Полученные на основе этого биополимера коллагеновые пленки, губки, применяются для закрытия ран при кровотечении, для лечения ожогов, трофических язв. Продукт частичного гидролиза коллагена желатин применяется для приготовления растворов, повышают свертываемость крови при остановке кровотечений (желудочных, кишечных и др..). Препарат желати-ноль - продукт гидролиза желатина в изотоническом растворе натрия хлорида, содержащий ряд свободных аминокислот, применяют как плазме-мозаминюючий средство.
Другая распространенная группа супервторинних структур - различные варианты так называемых ßаß-структур, в которых а-спираль взаимодействует с двумя складчатыми ß-слоями. Чаще всего встречается структура ßaßaß, показана на рис. 9, а также ßßß (лактатдегидрогеназа, стафилококковая нукле-аза, Т4-лизоцим и др..).
Многие крупные глобулярных белков, образованных вследствие определенной пространственной укладки одной полипептидной цепи, содержащие структурно и функционально обособленные участки (будто маленькие глобулы), которые имеют определенную автономию. Они слабо взаимодействуют между собой и получили название доменов, а вся молекула - доменный белок. В молекуле доменных белков участки, содержащие фрагменты вторичной структуры (а-спирали, ß-структуры и их сочетания), образованные одним и тем же полипептидной цепи и соединены между собой как бы короткими перемычками этого же цепи. В среднем в состав доменов входит 100-150 остатков аминокислот, что соответствует «маленькой глобулы» с поперечником примерно 2,5 нм. Вместе с тем, встречаются и гораздо большие домены. Вероятнее всего, что функциональные домены, в которых молекулярная масса больше 20000, содержат несколько структурных доменов. В составе целого ряда ферментов, например, содержатся отдельные Коферы-нтзвьязуючи и каталитические домены. Сейчас домены считают фундаментальными элементами структуры белковой молекулы, а соотношение и характер компоновки а-спиралей и ß-слоев позволяет понять гораздо больше по эволюции белковых молекул и филогенетических связей, чем сравнение первичных структур.
Структурные домены и доменные белки по количеству а-спиралей и ß-структур, а также по характеру расположения в доменах разделяют на несколько классов или групп:
1. а-Белки, в структуре которых преобладают а-спирали (миоглобин, гемоглобин, кальцийсвязывающий белки).
2. ß-белки, которые построены, в основном, из антипараллельных ß-слоев (химотрипсин).
3. а + ß-белки. В структуре этих белков есть участки, которые полностью состоят из а-спиралей, и участки, полностью построены из ß-слоев, в основном, из антипараллельных (инсулин, лизоцим, рибонуклеаза, цитохром b5).
4. а / ß-Белки: а-спирали и ß-структуры чередуются за ходом цепи. При этом большинство ß-структур, преимущественно параллельных, локализованы в центре, где они изгибаются, образуя жесткую основу (гексокиназа, карбоксипептидаза, лактатдегидрогеназа и др..).
5. Доменные белки без внятной вторичной структуры.