Biokhimia_T1_Strayer_L_1984 (1123302), страница 51
Текст из файла (страница 51)
Если ввести гз .Рго-Мез- -Рго-Бег- -Рго-Агд- 22 -Сеи-Нур- -Рго-Нур- -А!а-Нурзг Рго-6!и- -Рне-6!и- -Рго.НУР- 40 -6ги-Нур- -6ги-Нур- -А!а ° Яег- 49 .Рго-Мог- -Рго-Агд- -Рго-НУР. зз -Рго-Ну!э- -!Уз-Азо- -Азр-АзрРис. 9.2. Последовательность аминокислот в части цепи п! (1) коллагена. На протяжении более чем !000 остатков каждым третьим ос~атком является глицин. О н — н — с — с— ! н,с сн, ,с н' н СОО СНт СНт ! С=О СОО о-Океотлутарат + 01 + Остаток @ронина Пролилгияроксилаза т Аскорбиновая кислота СОО ! Сн ! + СО,+ СН С=О О н Π— М вЂ” С вЂ” С— ! НС СН Н ОН Сукнмнат Остаток а.тмярокснлролина Нн ' сн — Π— С вЂ” Н сн СН, Π— Н вЂ” С вЂ” С— Н Н Сн ОН Гмарокенлизмн Глюкоза Н ОН Рнс. 9.3. Гидроксилированне оста гка пролина по С-4 под действием пролилгидроксилазы — фермента, активирующего молекулярный кислород.
крысе ьзС-гндроксипролин, то в новосинтезированном коллагене радиоактивности не обнаружится. Однако при введении '"С-пролина гидрокснпролин в коллагене окажется радиоактивным. Следовательно, пролнн, но не зкзогенный гндроксипролпн служит предшественником гидроксипролиновых остатков в коллагене. Определенные остатки пролина в колла- гене превращаются в гидроксипролин под действием пралилгидраксилазы-фермента, Рис. 9.4.
Углеводные компоненты коллагена. содержащего в акз.иннам центре атом железа (в ферроформе). Дог)ором атома кислорода, присоединяющегося к С-4 пролина, служит О,. Второй атом кислорода нз молекулы О включается в сукцинат, образующийся из второго обязательного субстрата этой реакции-и-оксоглутарата (рис.
9.3). Таким образом, пролилгидроксилаза является диоксигвназай. Примечательная особенность этой реакции гидроксилирования состоит в том, что для ее осуществления необходим восстановительный агент, а именно аскорбиновая кислота (разд. 9.8), благодаря которой сохраняется ферроформа атома железа. Рассматриваемая реакция гидроксилнрования высокоспецифична. Свободный пролин не может служить субстратом реакции, Гццроксилированию подвергаются специфические участки довольно большой, но еше не спирализованной полнпептилной цепи. Гидраксилираваиию по С-4 подвергаются талька те остатки пралина, которые расположены са стороны амипагруппы глииипавага остатки. Помимо этого, несколько остатков пролива гидроксилируется по С-3 другими ферментными системами, причем эти пролнны всегда расположены с карбоксильной стороны глицнновых остатков.
Под действием лизилгидроксилазы происходит гидрокснлирование по С-5 небольшой части остатков лизина в коллагене. Как и при гндрокснлнровании пролина, в процессе участвуют молекулярный кислород, а-оксоглутарат и аскорбиновая кислота. Подвергающиеся гидроксилированию остатки лизина всегда расположены со стороны аминогруппы остатков глицина, 9. Белки соединительной ткани 181 Рис. 9.5. Модель тройной спирали коллагена.
Показаны только пуглеродные атомы. Рис. 9.6. Модель спирали поли4 -пролина (транс-спираль типа П). Часть ! !82 Конформация н динамика 9.4. К остазкам гидроксилизина присоелннены сахара В коллагене содержатся углеводные единицы, ковалентно связанные с остатками гидроксилизина. Чаще всего это дисахарид глюкозы и галактозы (рис.
9.4). Присоединение сахаров происходит в результате последовательного лействия галактозилтрансферазы и глюкозилтраясферазы. Эти ферменты гликозилирования специфичны в отноц~ении остатков гидроксилизина в новосинтезированном коллагене, еще не претерпевшем спирализации. Число у~ леводных елиниц в тропоколлагене зависит от вида ткани. Так, например, в коллагене сухожилий (тип 1) это число равно 6, а в колла- гене капсулы хрусталика (тип 1Ъ) — 110.
9.5. Сзруктура тропоколлагена.-это тройной спирально скрученный тяж Обратимся к конформации основной структурной единицы коллагенового волокна типа !. Как показали электронно-микроскопические и гидролинамическне исследования, тропоколлаген имеет фарид стержня длиной 3000 А и диаметром /5 А. Это один из самых длинных среди известных белков.
Для сравнения укажем, что по длине тропоколлаген в 60 раз больше диаметра химогрипснна, а по диаметру — в 2 с лишним раза меньше. Каждая из трех полипептидных цепей имеет форму спирали (рис. 9.5). Кроме того, эти три спирализованные пепи закручиваются относительно друг друга, образуя тугую нить.
И действительно, коллагеновое волокно обладает уливительной прочностью: для разрыва волокна диаметром 1 мм нужна сила в 1О кг. Характер спирализации каждой из цепей в трсхцепочечной нити коллагена хорошо Такая же спираль составляет основу пространственной структуры каждой из трех цепей тропоколлагена. Рис. 9.7. Виден на и лола-роро пептнд им совершенн отсутсз ву стабилиза стерическ колец е ос ции полип кольца ра дру1 от транс-спи оказывает сравнению Расстоянн остатками составляе равно 1,5 проливе п остатка.
Рассмот дельной коллагена зована ан три спира одна вокр (рис. 9.8). кислотны Скелетная модель гройной спирали коллагена. Показана повторяющаяся последовательность -б!у-Рго-Рго. 9. Белки соединительной ткани ставляет 2,9 А, а на один виток спирали приходится почти 3,3 остатка. Три цепи связаны .мезкдусобой водородными связями. Донорами водорода служат пептидные )ч)Н-группы остатков глицина, а акцепторами -пептидные СО-группы аминокислотных остатков на других цепях.
Водородные связи направлены поперечно к длинной оси тропоколлагенового тяжа, В образовании водородных связей, стабилизирующих тройную спираль, участвуют также гидрокснльные группы остатков гидроксипролина и молекулы воды. Пространственная модель тройной спирали коллагена показана на рис. 9.9. 9.6. Малые размеры глицина делают еч.о не- заменимым компонентом структуры Теперь мы можем поставить вопрос: поче- му каждое третье положение в аминокис- латной последовательности тропоколлаге-. на занято глицнном? Во внутреннем пространстве тройного спирального волокна очень тесно (рис. 9.10).
По существу, кроме глиципа ни один амипокигютпый остаток не,иог бы уместитьея внутри тройной спирали. Поскольку на один оборот спирали приходится трн аминокислотных остатка, соответственно каждый третий остаток в каждой из цепей неизбежно глнцин. Два остатка по обе стороны от глицина оказываются с наружной стороны тройной спирали, где легко размещаются громоздкие кольца остатков пролина и гидрокснпролина.
Казалось бы, из всех аминокислот глицин наименее важная, так как его боковая цепь — это всего лишь один атом водорода. Однако в организации белковой структуры такая простота може~ оказаться достоинством. Глицин играет очень важную роль именно потому, что он мал н, занимая очень мало места, не препятствует соединению полипептидных цепей друг с другом. Мы уже сталкивались с этим, рассматривая миоглобнн н гемоглобин, где глипин инвариантно стоит в положении Вб, способствуя сближению спиралей В и Е. В химотрипсине в полости, где происходит связывание субстрата, может уместиться большая ароматическая группа только потому, что два остатка, выстилающие полость,-это остатки глицнна.
В эволюции переносчика электронов пито- хрома е самым консервативным аминокислотным остатком оказался глицин. В коллагене мы вновь сталкиваемся с тем, что глицин играет особо ваясччую роль, расширяя диапазон возможччьчх копформаций при скручивании полипептидпой цепи. Рис. 9.9. Пространственная модель тройной спирали коллагена. (Печатается с любезного разрешения д-ра А. йю)ь) Часть ! 184 Конформации н дннвмнкв 9.7.
Стабильность спирали коллагена зависит от кооперативных взанмодейсз.внй Если раствор тропоколлагена нагреть, то при характеристической температуре происходит изменение его физических свойств (рис. 9.11). Так, резко падает вязкость раствора, что указывает на потерю волокнистой структуры. Судя по изменению оптического врашения, исчезает спиральность структуры отдельных цепей. Отсюда следует, что тепловое движение преодолевает те силы, которые стабилизируют тройную спираль, и в результате возникает разорванная структура — желатин, имеющий конфигурацию статистического клубка.
Этот структурный переход возникает дискретно, прн определенной температуре, аналогично тому, как происходит плавление кристалла. Количество Термоста- бильность пролииа Ч- г идроксилролина 1в расчете иа 1000 остам «ов) Источник Темпе- рату- ра те- ла, ьп 7 7;, Кожа теленка 232 Кожа акулы 191 Коже трески 155 65 39 37 53 29 24-28 40 16 10-14 Рис.
9.10. 100 и о бо 2 к а о о 0 20 40 Температура, 'С 189 Поперечный срез через модель коллагена. Каждая цепь соединена водородной связью с двумя другими цепями (точки означают водородную связь). и- Углеродный атом остатка глицина в каждой цепи обозначен буквой О. Каждым третьим остатком в последовательностях аминокислот должен быть глнпин, так как вблизи осн(центра)спирали не остае)- ся места для более крупного остатка. Обратите внимание, что пирролидоновые кольца расположены снаружи. Различные цепи тройной спирали показаны разным цветом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
