2) пространственное расположение отдельных участков полипептидной цепи
3) пространственное взаиморасположение полипептидных цепей
4) порядок расположения нуклеотидов в цепи
Первичная структура белка представляет собой линейную последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи, соединённых пептидными связями. Эта последовательность непосредственно задаётся информацией гена: порядок нуклеотидов в кодирующей части ДНК после транскрипции отражается в последовательности кодонов мРНК, а при трансляции каждый кодон определяет включение соответствующей аминокислоты. Поэтому первичная структура является непосредственным молекулярным результатом реализации генетической информации.
Последовательность аминокислот определяет физико-химические свойства полипептида и возможность его последующего сворачивания с формированием вторичной и третичной структур. Замена даже одной аминокислоты вследствие патогенного варианта гена способна изменить стабильность, пространственную конфигурацию или функцию белка. Классический пример — серповидноклеточная болезнь, при которой замена глутаминовой кислоты на валин в β-цепи гемоглобина приводит к изменению свойств гемоглобина S и его патологической полимеризации.
Вторичная структура характеризует локальное упорядоченное сворачивание полипептида, например образование α-спиралей и β-складчатых слоёв. Третичная структура отражает общую трёхмерную конфигурацию одной полипептидной цепи, а четвертичная — взаимное расположение нескольких субъединиц белкового комплекса. Последовательность нуклеотидов, напротив, относится к первичной структуре нуклеиновых кислот, а не белков.
| Уровень организации | Основная характеристика | Стабилизирующие факторы |
|---|---|---|
| Первичная структура белка | Последовательность аминокислот в полипептидной цепи | Ковалентные пептидные связи |
| Вторичная структура | Локальное формирование α-спиралей, β-слоёв и других мотивов | Преимущественно водородные связи между пептидными группами |
| Третичная структура | Пространственная конфигурация одной полипептидной цепи | Гидрофобные взаимодействия, водородные, ионные и дисульфидные связи |
| Четвертичная структура | Взаимное расположение нескольких полипептидных субъединиц | Нековалентные взаимодействия, иногда дисульфидные связи |
| Первичная структура ДНК | Последовательность нуклеотидов в полинуклеотидной цепи | Фосфодиэфирные связи |
| Генетическая связь | Последовательность нуклеотидов через кодоны определяет аминокислотную последовательность белка | Генетический код и процесс трансляции |
Первичная структура имеет особое значение в медицинской генетике, поскольку многие моногенные заболевания обусловлены изменением аминокислотной последовательности белка. Миссенс-варианты приводят к замене одной аминокислоты, тогда как нонсенс-варианты или сдвиг рамки считывания могут существенно укоротить либо полностью изменить полипептид. Таким образом, анализ первичной структуры связывает изменение генотипа с функциональными последствиями на уровне белкового продукта.