Biokhimia_T1_Strayer_L_1984 (1123302), страница 10
Текст из файла (страница 10)
2.47). Добавленный (3-меркаптоэтанол каталнзнрует перераспределение днсульфндных мостиков, которое в конечном нтоге прнволнт к формированию натнвной Данатурнровамнал восстаноалвннал рмбомуклвваа структуры, что занимает примерно !О ч. Весь процесс целиком идет за счет снижения свободной энергнн системы по мере того, как «разболтанные» конформации превращаются в стабильную натнвную конформа- Окисление воздухом сульфгидрильных групп восствновпеннОи рибонуклеаЗы 40 Нативная рибонукпвазв Следовые количества р-меркаптозтанопа Натнвнвя рнбонуклеаза Рнс. 2.47.
41 денатурированная рнбонукяваза диапиз для удаления мочевины и ймеркалто- этанола Рнс. 2.4б. Ренатурация рибонуклеазы. цню фермента. Таким образом, натианая форма рибонуклеазы является,по-видимому, термодинамически наиболее стлабильной структурой. Анфинсен П964) писал: «Меня поразило, что на самом деле последовательность аминокислот в молекуле белка, который должен принять точно определенную геометрическую форму, следует рассматривать как мелодию, написанную в канонической форме; по предписанию Природы эта мелодия, накладываясь сама на себя, должна создать такие гармонические созвучия, которые соответствуют биологической функции, Продолжая аналогию дальше, можно предположить, что белки с «разболтанными» дисульфиднымн мостиками, о которых я говорил выше, дают диссонантные созвучия, однако если возникает возможность перестройки при добавлении меркаптоэтанола, то путем постепенной модуляции вновь достигается та приятная гармония, которая свойственна нативному белку.
Можно ли на этом основании считать, что музыка Моцарта обладает большей термодииамической ° Разболтаннал рибонуклеаза Образование натнвной рибо- нуклеазы нз «разболтанной» в присутствии следовых коли- честв р-меркатттозтанола. устойчивостью, чем музыка Шенберга, я предоставляю решить философам этой аудитории». 2.13. Формирование свернутой молекулы белков происходит путем асеоциацви и-спиралей н складчатых ~5-слоев Как возникает гармония при превращении развернутой полипептидной цепи в свернутую молекулу белка? А рпоп' одна из возможиост'ей состоит в том, что происходит перебор всех возможных конформапий и выбирается энергетически наиболее выгодная форма.
Сколько времени займет такой случайный поиск стабильной структуры? Рассмотрим для примера небольшой белок из 100 аминокислотных остатков. Если каждый остаток может принять 3 разные конформации, то общее число возможных структур составит 3'оо, илн 5. 1Олт. Если превращение одной структуры в другую происходит за 10 '" с, то общее время поиска оптимальной конформации составит 5 10хт 10 "с, т.е. 5 10зз с, нлн 1,б 10" лет! Отметьте, что это время минимально, поскольку истинное число возможных конформаций в расчете на один остаток аминокислоты выше трех, а время, необхолимое для перехола одной конформации в другую, 2. Основные представлены о сгрукгуре н функции белков раскрученная Пвпь Вранвннп сбрааукпанвся и спнралн Стаенлнанрсавнныв и спнралн (пп вднннчы скручнвання) Рис.
2А8. Предполагаемые этапы скручивания белков. Два участка в развернутой полипептидной цепи на какой-то момент принимают структуру п-спирали. Далее происходит стабилизация обеих спиралей благодаря образованию комплекса между этими участками. играют небольшие участки вторичной структуры. Согласно предложенной модели, короткие отрезки ( - 15 аминокислотных остатков) развернутой полипептидной цепи образуют короткоживущие структуры; и- спирали или В-слои. Эти промежуточные структуры сближаются в результате диффузии и стабилизируют друг драв путем формирования комплексов (рис.
2.48). Допустим, что произошло сближение двух п-спиралей, или двух ))-слоев, или а-спирали и В-слоя. Образовавшиеся комплексы аа, )3)3 или а)3, которые называют единицами скручивания, играют далее роль центров, стабилизирующих другие выступающие элементы вторичной структуры. Эта модель имеет ряд экспериментальных доказательств. Прежде всего, способность полипептида к образованию правильной вторичной структуры в значительной степени зависит от аминокислотного состава. Так, остатки глутамата, метионина, вланина и лейцина способствуют образованию зспиралей, тогда как остатки валина, изолейцина и тирозина усиливают образование )3-слоев.
Во-вторых, переход от случайного клубка к п-спирали происходит менее чем за одну микросекуцду. Следовательно, короткие участки вторичной структуры могут формироваться очень быстро. В-третьих, постулированные единицы скручивания (комплексы аа, В)3 и а)3) представляют собой по существу основные элементы структуры белка.
Задача в настоящее время состоит. в том, чтобы непосредственно выявить и идентифицировать короткоживущие промежуточные структуры, образующиеся при специфическом скручивании полипептидной цепи, и таким образом воссоздать тот путь, который приводит к формированию функционально активной структуры белка. 42 Часть 1 Конформации и динамика вероятно, превышает 10 'з с. Совершенно очевидно, что даже для небольшого белка время выбора энергетически оптимальной конформации путем случайного перебора всех возможных слишком велико. Как же получается, что белки принимают нужную конформацию в течение нескольких секунд или минут? Ответ пока неизвестен, но высказана довольно убедительная гипотеза, что важную роль в этом процессе Заключение Белки играют ключевую роль почти во всех биологических процессах. Все ферменты, катализаторы химических реакций в биологических системах, являются белками.
Следовательно, белки определяют ход биологических превращений в клетках. Белки участвуют в осуществлении множества других функций;таких, например, как транспорт веществ и их накопление, координированные движения, механическая опора, иммунологнческая защита, возбудимость, регуляция роста и дифференцировка. Основной структурной единицей белков являются аминокислоты. Все белки всех видов живых существ — от бактерии до человека-содержат один и тот же набор из двадцати аминокислот. Боковые цепи аминокислот различаются по размеру, форме, заряду, способности образовывать водородные связи и химической реактивности.
Их можно разделить на следующие группы: а) алифатические боковые цепи — глицин, алании, валин, лейцин, изолейцин и пролин; б) гидроксилированные алифатические боковые цепи — серии и треонин; в) ароматические боковые цепи-фенилалапин, тирозин и триптофан; г) основные боковые цепи — лизин, аргинии и гистидин „д) кислые боковые цепи — аспарагиновая и глутаминовая кислоты; е) амндные боковые цепи — аспарагии и глутамин; ж) серусодержащие боковые пепи — цистеин и метионин. Аминокислоты, в количестве обычно не менее ста, соединяются между собой пептидными связями, образуя полипептидную цепь, Пептидная связь соединяет к-карбоксильную группу одной аминокислоты с шаминогруппой другой. В некоторых белках отдельные боковые цепи соединяются между собой днсульфидными мостиками, образующимися путем окисления остатков цистеина.
Белки состоят из одной или нескольких полипептидных цепей. Каждый белок имеет уникальную последовательность аминокислот, которая детерминируется генетически. Определение последовательности аминокислот в белках проводят следующим образом. Сначала определяют общий аминокисло гный состав, подвергая кислотный гидролизат белка хроматографии на ионообменнике, и проводят идентификацию )х(-концевого аминокислотного остатка с помощью реагента на концевую аминогруппу, например дансилхлорида. Слелую- щий этап состоит в специфическом расщеплении белка на небольшие пептиды.
Используют, в частности, трипсин, который гидролизует белки по пептидной связи, образованной карбоксильной группой остатков лизина и аргинина. Затем определяют последовательность аминокислот полученных пептидов по методу Эдмана, т.е. путем постепенного отщепления Х-концевого остатка.
Наконец, устанавливают последовательность пептидов в белке путем сопоставления последовательностей аминокислот в перекрывающихся пептндах. Решающим фактором, определяющим биологическую функцию белков, является их конформация, т.е. расположение в пространстве атомов белковой молекулы. Известны три регулярно повторяющиеся кон- фОРМаЦИИ ПОЛИПЕПтИДНОЙ ЦЕПИ: З-СПИРаЛ)ч СКЛаДЧатЫЕ ))-СЛОИ И КОЛЛаГЕНОВаЯ СПНРат!ь Короткие участки а-спирали и В-слоев встречаются во многих белках. Принципиально важен тот факт, что трехмерная структура белка определяется последовательностью аминокислот; впервые это было обнаружено при изучении рибонуклеазы.
Было показано, что восстановленная. развернутая молекула рибонуклеазы способна к спонтанному восстановлению своей структуры (с образованием дисульфидиых мостиков между цистеиновыми остатками в правильной комбинации) и полному в(кстаиовлению ферментативной активности, если удалить меркаптоэтанол и мочевину и денатурированньгй фермент подвергнуть окислению кислородом воздуха. Скручивание белков осуществляется путем ассоциации коротких полипептидных участков, образующих корозкоживущую форму и-спирали или ()слоя. РЕКОМЕНЛУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА С чего начать Ркйетзоп Я. б., Оси 1., 1отГЬьопипй. Ртозе!пз: зиис1ше, Еипспоп аод ЕтоЫпоп, Всп!аш1п (ясное и хорошо иллюстрированное абшее описание белков ) Меосе 5., бтет Н'.Н., 1973 СЬеписа( ытисштез оГ раб!с!санс пЬопис!сазе апб деахупЬапис1еше, Зс!сисе, 180, 458-464.
Ьйлзеп С.В., 1973. Рт!ос)р!ее Ша( йотетп 1Ье <оы(пй оГ ртошш сЬа!пь, зекпсс, 181, 223 230. 4. Основные представления о структуре и функции белков 43 Книга ио химии белков ('итог Г Я., бемтте! Р. Я., 1980 ВюРЬупса) СЬеши(ту, Етсепшп. (Имеетса перевал Кантор Ч., Шнммел П Биофизическаа химик, т 1-3. Мл Мир, 1984.) (В тл 2 и 5 т. 1 и тл 20 и 21 ь 3 «еликалепно изло. иены вопросы конформапии белков.) <'оирет Г.б.. 1977 ТЬе тооь о1 ВюсЬепныту, )уйеу (Ценное руководства по методам белковой химин и другим аспектам биохимии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
