Решение задачи №2: Центр связывания S-белка SARS-CoV-2 с рецептором ACE2

Вот решение задачи, оформленное так, чтобы школьнику было удобно переписать в тетрадь. Задание № 2 1) Центр связывания S-белка SARS-CoV-2 с рецептором ACE2 представляет собой (выберите наиболее полный ответ): А. Фрагмент полипептидной цепи. Б. Совокупность радикалов, сближенных на уровне третичной структуры. В. Фрагмент пептидного остова. Г. Участок поверхности белковой молекулы, комплементарный рецептору. Д. Простетическую небелковую группу. Правильный ответ: Г. Участок поверхности белковой молекулы, комплементарный рецептору. Объяснение: * **Центр связывания** — это специфическая область на поверхности одной молекулы (в данном случае S-белка SARS-CoV-2), которая взаимодействует с другой молекулой (рецептором ACE2). * Эта область должна быть **комплементарной** (подходящей по форме, размеру и химическим свойствам) к связываемой молекуле, чтобы обеспечить специфическое и прочное взаимодействие. * Варианты А, Б, В описывают лишь части или аспекты белковой структуры, но не дают полного определения функционального центра связывания. * Вариант Д неверен, так как простетическая группа — это небелковая часть, прочно связанная с белком, но сам центр связывания является частью белковой молекулы. 2) Нарисуйте аминокислотные остатки, радикалы которых участвуют в гидрофобных взаимодействиях (а); в образовании водородных связей (б); в образовании ионных связей (в). Для выполнения этого задания нужно вспомнить строение аминокислот и свойства их радикалов (боковых цепей). Аминокислота состоит из: * Аминогруппы \(\text{—NH}_2\) * Карбоксильной группы \(\text{—COOH}\) * Атома водорода \(\text{—H}\) * Радикала \(\text{—R}\) (боковой цепи), который и определяет свойства аминокислоты. Все эти группы присоединены к центральному атому углерода (альфа-углероду). а) Аминокислотные остатки, радикалы которых участвуют в гидрофобных взаимодействиях. Гидрофобные взаимодействия возникают между неполярными радикалами, которые "избегают" контакта с водой. Эти радикалы обычно содержат много углеводородных групп. Примеры таких аминокислот: * **Аланин (Ala)** * Радикал: \(\text{—CH}_3\) * Структура: \[ \begin{array}{c} \text{H}_2\text{N} - \underset{\text{R}}{\overset{\text{H}}{\text{C}}} - \text{COOH} \\ \text{R} = \text{—CH}_3 \end{array} \] * **Валин (Val)** * Радикал: \(\text{—CH(CH}_3)_2\) * Структура: \[ \begin{array}{c} \text{H}_2\text{N} - \underset{\text{R}}{\overset{\text{H}}{\text{C}}} - \text{COOH} \\ \text{R} = \text{—CH(CH}_3)_2 \end{array} \] * **Лейцин (Leu)** * Радикал: \(\text{—CH}_2\text{CH(CH}_3)_2\) * Структура: \[ \begin{array}{c} \text{H}_2\text{N} - \underset{\text{R}}{\overset{\text{H}}{\text{C}}} - \text{COOH} \\ \text{R} = \text{—CH}_2\text{CH(CH}_3)_2 \end{array} \] * **Изолейцин (Ile)** * Радикал: \(\text{—CH(CH}_3)\text{CH}_2\text{CH}_3\) * Структура: \[ \begin{array}{c} \text{H}_2\text{N} - \underset{\text{R}}{\overset{\text{H}}{\text{C}}} - \text{COOH} \\ \text{R} = \text{—CH(CH}_3)\text{CH}_2\text{CH}_3 \end{array} \] * **Фенилаланин (Phe)** * Радикал: \(\text{—CH}_2\text{—C}_6\text{H}_5\) (бензольное кольцо) * Структура: \[ \begin{array}{c} \text{H}_2\text{N} - \underset{\text{R}}{\overset{\text{H}}{\text{C}}} - \text{COOH} \\ \text{R} = \text{—CH}_2\text{—C}_6\text{H}_5 \end{array} \] * **Триптофан (Trp)** * Радикал: \(\text{—CH}_2\text{—индольное кольцо}\) * Структура: \[ \begin{array}{c} \text{H}_2\text{N} - \underset{\text{R}}{\overset{\text{H}}{\text{C}}} - \text{COOH} \\ \text{R} = \text{—CH}_2\text{—C}_8\text{H}_6\text{N} \end{array} \] * **Метионин (Met)** * Радикал: \(\text{—CH}_2\text{CH}_2\text{SCH}_3\) * Структура: \[ \begin{array}{c} \text{H}_2\text{N} - \underset{\text{R}}{\overset{\text{H}}{\text{C}}} - \text{COOH} \\ \text{R} = \text{—CH}_2\text{CH}_2\text{SCH}_3 \end{array} \] * **Пролин (Pro)** (имеет циклическую структуру, где радикал связан с аминогруппой) * Радикал: \(\text{—(CH}_2)_3\text{—}\) (образует цикл с аминогруппой) * Структура: \[ \begin{array}{c} \text{H}_2\text{C} - \text{CH}_2 \\ \text{H}_2\text{C} \quad \text{N} - \text{CH} - \text{COOH} \\ \quad \quad \text{H} \end{array} \] б) Аминокислотные остатки, радикалы которых участвуют в образовании водородных связей. Водородные связи образуются между атомом водорода, связанным с сильно электроотрицательным атомом (O, N, F), и другим сильно электроотрицательным атомом, имеющим неподеленную электронную пару. В радикалах аминокислот это обычно гидроксильные \(\text{—OH}\), амидные \(\text{—CONH}_2\), или имидазольные группы. Примеры таких аминокислот: * **Серин (Ser)** * Радикал: \(\text{—CH}_2\text{OH}\) (гидроксильная группа) * Структура: \[ \begin{array}{c} \text{H}_2\text{N} - \underset{\text{R}}{\overset{\text{H}}{\text{C}}} - \text{COOH} \\ \text{R} = \text{—CH}_2\text{OH} \end{array} \] * **Треонин (Thr)** * Радикал: \(\text{—CH(OH)CH}_3\) (гидроксильная группа) * Структура: \[ \begin{array}{c} \text{H}_2\text{N} - \underset{\text{R}}{\overset{\text{H}}{\text{C}}} - \text{COOH} \\ \text{R} = \text{—CH(OH)CH}_3 \end{array} \] * **Тирозин (Tyr)** * Радикал: \(\text{—CH}_2\text{—C}_6\text{H}_4\text{OH}\) (фенольная гидроксильная группа) * Структура: \[ \begin{array}{c} \text{H}_2\text{N} - \underset{\text{R}}{\overset{\text{H}}{\text{C}}} - \text{COOH} \\ \text{R} = \text{—CH}_2\text{—C}_6\text{H}_4\text{OH} \end{array} \] * **Аспарагин (Asn)** * Радикал: \(\text{—CH}_2\text{CONH}_2\) (амидная группа) * Структура: \[ \begin{array}{c} \text{H}_2\text{N} - \underset{\text{R}}{\overset{\text{H}}{\text{C}}} - \text{COOH} \\ \text{R} = \text{—CH}_2\text{CONH}_2 \end{array} \] * **Глутамин (Gln)** * Радикал: \(\text{—CH}_2\text{CH}_2\text{CONH}_2\) (амидная группа) * Структура: \[ \begin{array}{c} \text{H}_2\text{N} - \underset{\text{R}}{\overset{\text{H}}{\text{C}}} - \text{COOH} \\ \text{R} = \text{—CH}_2\text{CH}_2\text{CONH}_2 \end{array} \] * **Гистидин (His)** * Радикал: \(\text{—CH}_2\text{—имидазольное кольцо}\) (имидазольное кольцо содержит атомы азота, способные образовывать водородные связи) * Структура: \[ \begin{array}{c} \text{H}_2\text{N} - \underset{\text{R}}{\overset{\text{H}}{\text{C}}} - \text{COOH} \\ \text{R} = \text{—CH}_2\text{—C}_3\text{H}_3\text{N}_2 \end{array} \] * **Цистеин (Cys)** (может образовывать водородные связи через \(\text{—SH}\) группу, хотя чаще известен дисульфидными мостиками) * Радикал: \(\text{—CH}_2\text{SH}\) * Структура: \[ \begin{array}{c} \text{H}_2\text{N} - \underset{\text{R}}{\overset{\text{H}}{\text{C}}} - \text{COOH} \\ \text{R} = \text{—CH}_2\text{SH} \end{array} \] в) Аминокислотные остатки, радикалы которых участвуют в образовании ионных связей. Ионные связи (солевые мостики) образуются между заряженными радикалами аминокислот: положительно заряженными (основными) и отрицательно заряженными (кислыми). Примеры таких аминокислот: * **Лизин (Lys)** (основная аминокислота, радикал положительно заряжен при физиологических pH) * Радикал: \(\text{—(CH}_2)_4\text{NH}_2\) (аминогруппа на конце радикала протонируется до \(\text{—NH}_3^+\)) * Структура: \[ \begin{array}{c} \text{H}_2\text{N} - \underset{\text{R}}{\overset{\text{H}}{\text{C}}} - \text{COOH} \\ \text{R} = \text{—(CH}_2)_4\text{NH}_3^+ \end{array} \] * **Аргинин (Arg)** (основная аминокислота, радикал положительно заряжен при физиологических pH) * Радикал: \(\text{—(CH}_2)_3\text{NHC}(=\text{NH})\text{NH}_2\) (гуанидиновая группа протонируется до \(\text{—NHC}(=\text{NH})\text{NH}_3^+\)) * Структура: \[ \begin{array}{c} \text{H}_2\text{N} - \underset{\text{R}}{\overset{\text{H}}{\text{C}}} - \text{COOH} \\ \text{R} = \text{—(CH}_2)_3\text{NHC}(=\text{NH})\text{NH}_3^+ \end{array} \] * **Гистидин (His)** (может быть как нейтральным, так и положительно заряженным в зависимости от pH, его имидазольное кольцо имеет pKa около 6.0) * Радикал: \(\text{—CH}_2\text{—имидазольное кольцо}\) (может протонироваться) * Структура: \[ \begin{array}{c} \text{H}_2\text{N} - \underset{\text{R}}{\overset{\text{H}}{\text{C}}} - \text{COOH} \\ \text{R} = \text{—CH}_2\text{—C}_3\text{H}_3\text{N}_2\text{H}^+ \end{array} \] * **Аспарагиновая кислота (Asp)** (кислая аминокислота, радикал отрицательно заряжен при физиологических pH) * Радикал: \(\text{—CH}_2\text{COOH}\) (карбоксильная группа депротонируется до \(\text{—COO}^-\)) * Структура: \[ \begin{array}{c} \text{H}_2\text{N} - \underset{\text{R}}{\overset{\text{H}}{\text{C}}} - \text{COOH} \\ \text{R} = \text{—CH}_2\text{COO}^- \end{array} \] * **Глутаминовая кислота (Glu)** (кислая аминокислота, радикал отрицательно заряжен при физиологических pH) * Радикал: \(\text{—CH}_2\text{CH}_2\text{COOH}\) (карбоксильная группа депротонируется до \(\text{—COO}^-\)) * Структура: \[ \begin{array}{c} \text{H}_2\text{N} - \underset{\text{R}}{\overset{\text{H}}{\text{C}}} - \text{COOH} \\ \text{R} = \text{—CH}_2\text{CH}_2\text{COO}^- \end{array} \] Пример ионной связи: Ионная связь может образоваться между радикалом лизина (\(\text{—NH}_3^+\)) и радикалом аспарагиновой кислоты (\(\text{—COO}^-\)). \[ \text{—(CH}_2)_4\text{NH}_3^+ \quad \dots \quad ^-\text{OOCCH}_2\text{—} \] Надеюсь, это решение будет понятным и удобным для переписывания!