Biokhimia_T1_Strayer_L_1984 (1123302), страница 9
Текст из файла (страница 9)
К. Вайеу, %.Т, Азйзигу, К,М. Кпс(а!1, Ха!иге, 1943 Структура а-спирали была предсказана крытие доказало, что можно нредсказтнь Полингом и Кори за 6 лет до того, как ее канформациюлолинелтиднай цели, еслиточудалось экспериментально выявить мета- на извеояны свойства ее компонентов. дом рентгеноструктурного анализа мио- В тот же год Полнит н Кори открыли друглобина. Открытие струюнуры а-спирали гой вариант периодической структуры, конрвдставляет собой важную веху в развизнии тарый они назвали )3-складчатым слоем ()3 молекулярной биологии, нескольку зто от- потому, что это была вторая — после и-спи- Конформации днпептидной единицы в складчатом (3-слое. Полипептидная цепь при этом практически полностью вытянута. Рве.
2,40. 2.10. Полнпептнднав цепь может поворачиваться на 180" благодаря образованию ()-изгибов Большинство белков имеют компактную шарообразную (глобулярную) форму, обусловленную тем, что их полнпептидные цепи делают много изгибов, меняющих направление цепи на 180 . Исследования трехмерной структуры многочисленных белков показали, что во многих случаях поворот цепи жащнми аминокислотами составляет 3,5, а не 1,5 А, как в и-спирали. Другая особенность б-складчатой структуры состоит в том, что она стабилизирована водородными связями между )МН- и СО-группами разных тяжей полипептидных цепей, тогда как в а-спирали водородные связи образуются между этими группами в пределах одной и вой лсе полипептидной цепи. Прилежащие цепи в складчатом (3-слое могут идти в одном и том же направлении (параллельный )3-слой) или в противоположных направлениях (ииюилараллельный В-слой). Например, фнброин шелка состоит почти целиком из «штабелей» антипараллельиых (3.складчатых слоев (рис.
2.41). Аналогичные области )3-складчатых слоев встречаются во многих других белках. Особенно широко распространены структурные единицы, состоящие из 2 — 5 параллельных нлн антнпарвллельных б-складок. Третий тип периодической структуры коллагеновая спираль -будет подробно рассматриваться в гл.9. Эта специализированная структура обеспечивает высокую упругость коллагена — основного компонента кожи, костей и сухожилий. в противоположном направлении осуществляется благодаря наличию одного и того же структурного элемента, называемого 8- изгибом. Этот изгиб, имеющий вид шпильки для волос, образуется в результате того, что СО-группа остатка и в полипептидной цепи присоединяется водородными связями к ХН-группе остатка (п + 3) (рис. 2.42). В резулы ате направление полнпептидной цепи меняется на противоположное, 2Л1.
Структурные уровни в архитектуре белков Принято различать четыре структурных уровня в архитектуре белковой молекулы. Перви«нов структура — это просто последовательность аминокислот в белке и локализация дисульфидных мостиков, если таковые имеются. Таким образом, первичная структура представляет собой полное описание ковалентных связей в белке. Вьпоричиал структура образуется в результатестерического взаимодействия аминокислотных остатков, расположенных вблизи друг друга в линейной последовательности, Некоторые из этих стерических взаимодействий носят регулярный характер, обусловливая тем самым периодичность структуры.
Примерами вторичной структурьь могут служить и- спираль, складчатый р-слой и коллагеновая спираль. Третичная струкеура обусловлена стерическим взаимодействием аминокислотных остатков, далеко отстоящих друг от друга в линейной последовательности, Следует отметить, что различие между вторичной и третичной структурами довольно условно, Белки, содержащие несколько полипептидных цепей, обладают еше одним уровнем структурной организации, а именно четвертичной структурой.
Под четвертичной структурой подразумевают способ 2. Основные представления о структуре н функцнн белков 37 Рис. 2.41, Антнпараллельный (3-складчатый слой. Прилежащие тяжи полипсптидной пепи идут в противоположных налравлениях. Структура стабилизирована водородными связями между )чН- и СО-группами прилежапшх тяжей. Боковые цепи (показаны зеленым) лежат выше и ниже плоскости слоя. укладки цепей относительно друг друга.
Каждая полипептнлная цепь в таком белке НОСИТ НаЗВаНИЕ Субаединивы. ЧаСтО ИецОЛьзуют также термин домен, которым обозначают компактную глобулярную единицу белковой структуры. Многие белки состоят из нескольких доменов с массой от 1О ло 20 кДа. В белках большой молекулярной массы отдельные домены соединяются между собой относительно гибкими участками полипептидной цепи.
Рис. 2.42. Структура (3-изгиба. СО-группа остатка 1 изображенного здесь тстрапептида присоелиняется водородными связями к ХН-группе остатка 4; в результате образуется такой же изгиб, как в шпильке. Часть ! 38 ' Коиформация и линамика ?.12. Последовательность аминокислот определяет трехмерную структуру Взаимосвязь между последовательностью аминокислот в белке и его хонформацней была обнаружена Кристианом Анфинсеном (С.
Апбпаеп) при изучении рибонуклеазы— фермента, расшепляющего РНК, Рибонуклеаза образована одной полипептидной цепью, состоящей из 124 аминокислотных остатков (рис. 2.43). Она содержит четыре дисульфндных мостика, которые можно необратимо окислить ладмурааьиной кислотой с образованием остатков цистеиновой О н — С вЂ” Π— Он Иадитрааьанаа каааата кислоты (см. рис. 2.32). Можно также вызвать обратимое расщепление этих дисульфидных связей путем восстановления их таким реактивом, как (3-мерхаляьоэтанол; при !0 Рьв ан Агп 61п А1в Ме! Фв Аер А!в ТЬ 1 61п Ьуе вн н 5м 20 Бвг 5, Б Мв Аь Б,„ТЬг Бвг Ап Ту 50 и Бвг Мвг ТЬГ БВГ ТУГ БВГ 61п Упг " Уу, Ьув Мв! Ме! Бег 61п Ав 120 5н АЬ АЮ РЬЬ Нгв 125 Чв! Н'в Чвг Ргп Туг Рм Чвг ТЬ Туг Авп 6 61п 110 Ргп А*р с=о / 0- Ьув 61п 50 А1в Чв! Чвг АЬ Туг ! 00 Бе Ьув Бе ТЬг нн 61 А1в Ьув Агв ап Рп ЧУ1 Ув! Ап ТЫ А1в Аер Чвг Н;в 6М 5вг 50 Последовательность аминокислот в рибонуклеазе крупного рогатого скота.
Цветом выделены четыре дисульфидиые связи. (33. 8шуГ)т, %, Н. 8геуп, Мооге Я., й Вео!. С)теш., 238, 277 (3963).3 Рис. 2,43. этом образуются смешанные днсульфнды НΠ— СН,— СН,— 8Н й.мевнаатоэуааоа (3-меркаптоэтанола с боковымн цепями цистеина (рис. 2А4). В присутствии большо!.о нзбьггка б-меркаптоэтаиола смешанные дисульфиды тоже восстанавливаются, и в результате образуется белок, в котором все дисульфидные группы (остатки цистина) полностью превращеньу в сульфгндрнльные (остатки цистенна).
Оказалось, однако, что прн 37'С и рН 7 реакция восстановления рибонуклеазы (3-меркаптоэтанолом протекает О (( Н Н вЂ” С вЂ” НН 2 2 аопнанна НН,~ С(- 2 С 2 гуанндннпедроаюрнд Аа Агп Бег 6Н Авп 5ег ТЬ и 61 50 Геп Ьув лишь в том случае, если предварительно нарушают компактную структуру белка, частично развертывая его путем обработки денатурирующими агентами (мочевинай или гуанидннгндрохлорндам). Хотя механизм действия этих денатурирующих агентов до конца не выяснен, все же очевидно, что они разрывают нековалентные связи. Полипептидпые цепи, лишенные этих связей, в 8 М распюре мочеввны пли в 6 М растворе гуанидингндроклорнла свертываются случайньгм образом, т.е. образуют случайный клубок, о чем судят по таким физическим параметрам, как вязкость и спектры оптического вращения. Если рибонуклеазу обработать(3-меркаптоэтанолом в 8 М растворе мочевипы, то пролуктом реакции булет полностью восстановленная, случайным образом свернутая полипептидная цепь, лннгеннал !)уерментативной активноппи.
Другими словами, эта обработка вызывает денатуранию рибонуклеазы (рис. 245). Анфинсен сделал очень важное наблюдение: если денатурированную рибонуклеаэу очистить путем диализа от мочевнны и (3- меркаптоэтанола, то ферментатнвная активность белка постепенно восстанавли- 2. Основные представления о структуре и функции белков 39 Р— зн Я- 5-5- « 5 — 5 — и н Балок ) — ь Белок Белок Н Н Окмслвнныа балок Смананныа днсульфмд Восстановлвнмыа белок Рнс. 2А4.
Восстановление днсульфндных связей в белках избытком сульфгндрнльного соединения типа (3-меркаптоэтанола. Е М Ма«ванна н 40 натмвмая рмбомуклвата Часть 1 Конформацяя н динамика вается. Анфннсен паны, как велико значенне этого случайного наблюдения, н тут же дал ему объясненне: сульфгндрнльные группы денатурированного фермента окнсляются воздухом, н фермент вновь спонтанно принимает каталнтнческн активную форму. Дальнейшие детальные исследования показали, что путем окисления в соответствующих условиях всех сульфгццрильных групп можно практически полностью восстановнть исходную ферментатнвную актнвность (рнс. 2.46). Все исследованные фцзнческне н хнмнческне свойства такого ренатурнрованного фермента были практнчески идентичны свойствам натнвного фермента. Этн опыты показали, что вся ипфарлтация, ипределяютцая специфическую прострамстпеенмую структуру рибонуклеазы, заключена в последаеательпасеи а»типо««слое.
Последующие работы на других белках выявили универсальность этого центрального в молекулярной бнологнн принципа: последовательность определяет камфор«ацию, Совершенно другие результаты получаются, еслн восстановленную (денатурнрованную) рнбонуклеазу подвергнуть окисле- Рве. 2.45. Восстановление н денатурацня рибонуклеазы.
нню в 8 М растворе мочевины н лишь после этого удалить мочевнну путем дналнза. Ферментатнвная активность такого препарата рибонуклеазы составляет только 1% активности натнвного белка, Почему прн окислении денатурированной рнбонуклеазы в отсутствне мочевнны ферментатнвная актнвносзь восстанавливается, а в прнсутствнн мочевнны †практичес нет? Ответ заключается в следующем; когда окислению подвергается случайным образом свернутая молекула восстановленного белка, образуются ошнбочные днсульфндные пары, т.е.
связанными днсульфццнымн мостиками оказываются пары амнно«нслот, иные, чем в натнвном белке. Возможны 105 различных способов свяэывання восьмн цнстеннов с образованием 4 днсульфндов; только одна нз этнх комбннацнй обладает ферментативной активностью. Остальные 104 комбннацнн были образно названы «разболтанной» (асгатпЫет() рибонуклеазой. Впоследствии Анфннсен обнаружнл, что «разболтанная» рнбонуклеаза слон~анно превращается в полностью активную, натнвную, форму, если в раствор вновь окнсляемого ферментного белка добавить следовые колнчества ))-меркаптоэтанола (рнс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
