Osnovy_biokhimii_Uayt_tom_1 (1123309), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Ричардсои.) 1„ОСНОННЫЕ КОМПОНЕНТЫ КЛЕТКИ 192 Рис. 6.(2. Схематическое изображение скручивания полипептидной пепи флаводоксииа (С(оз(ги((пгп Ь(Р). Белок содержит !38 аминокислотных остатков и одну молекулу нековалентно связанного флавинмопонуклеотнда (Гй!)ч) (гл. (3). Стрел- асами показано напранленне полипептндной цепи (от !чНз- до СООН-концевого остатка) в тех ее районах, которые участвуют в образовании параллельных складчатых листков. Параллельные складчатые листки, нак правило, не образуют ци- линдров. (С любезного разрешения Д. Ричарлсон.) н тот и другой удовлетворяют требованиям структурной геометрии пептидной связи и характеризуются допустимыми для полипептидной цепи значениями углов гр и ф. Оба вида Р-структур схематически изображены на рис. 6.10.
Один из них, названный антипараллельньт складчатым листком, образован вытянутыми полипептндными цепями, аминокнслотные последовательности которых, начиная от ХНя-концевого и кончая СООН-концевым остатком, направлены в противоположные стороны. Второй вид р-структуры— Параллельный складчатый листок — образован полипептидными цепями, направления которых совпадают. Обе эти структуры стабилизированы широкой сетью водородных связей, в образовании которых участвуют атомы пептидных связей прилегающих друг к другу цепей.
На рисунках 6.11 н 6.12 схематически показано скручивание полипептидных цепей супероксиддисмутазы Е. со(( и фла- а вплки. нс Рис. 6.!3. Молекулярная модель антипараллельного складчатого листка в молекуле супероксиддисмутззы 1см. рнс. 631). Длины связей и углы между ними показаны с помощью стержней, соединвюших атомы С, )Ч и О Стрелками показано направление полвпептидной цепи 1от )41)з- до СООН-концевого остатка) в трех ее сегментах, образугошнх аитипарзллельный складчатый листок. Штриховыми линиями, соединяющими определенные атомы, обозначены водородные связи, способствующие стабилизации струнтуры. Атомы водорода не показаны на рисунне.
Ближайшая к чнтзтслю сторона сктадчатого листка является гидрофнлыюй и находится на поверхности молекулы, в то время как противоположная сторона гидрофобнз и расположена внутри ее. 1С любезного разрешения Д. Ричардсон.) водокспна (гл. 13) соответственно, для которых характерно высокое содержание 6-структур. На рис. 6.13 представлена молекулярная модель участка антппараллельного складчатого листка, образованного тремя отдельными сегментами полипептидной цепи супероксиддпсмутазы, а на рпс. 6.14 — молекулярная модель параллельного складчатого листка во флаводоксине. Антипараллельный складчатый листок может быть образован одной цепью, когда происходит ее изгиб и цепь скручивается ксама с собой», а также двумя или более сегментами цепи, принадлежащими различным участкам молекулы. Оба типа 6-структур могут присутствовать в одном складчатом листке, как это имеет место в случае карбокснпсптидазы (гл. 9).
Некоторые белки, например гемоглобин и кальцнйсвязывающпй оелок, не содержат 6-структур. В то же время 1)-структура — основной тнп вторичной структуры ряда фибрпллярных белков, в том числе фнброина шелка и ! З-!148 ь основнын компонгнты клгтки Рис. 6.14. Молекулярная модель параллельного складчатого листка в молекуле флаводоксина (гл. 13). Стрелками показано направление полипептидной цепи (от Г(Нг до СООН-концевого остатка) в трех сегментах, обраауюцгих складчатый листои, Все обоаиаченкя аналогичны испольвоваашимся ранее (см.
рис. 6.13). Параллельные складчатые листки, как правило, находятся внутри глобулы белка и обраауются остатками с гидрофобнымн боковымн цепями. (Значения координат атомов любеаио предоставлены М. Людвиг, рисунок †. Ричардсон.) кератина волос. Некоторые аминокислоты дестабилизируют структуры складчатого листка. Среди них, например, глутаминовая кислота, пролин, аспарагнн, гистиднн, серии и лизин. Др)тие аминокислоты, в том числе метионин, валин и нзолейцин, способствуют образованию р-структур прп определенном их расположении в молекуле.
Для предсказания возможности образования складчатых листков, так же как и а-спиралей, были предложены правила, учитываюшие тенденцию тех нлн иных аминокислотных остатков либо стабилизировать, либо нарушать эти вторичные структуры. 6.5. Третичная структура Нековалентные взаимодействия между спиральными н р-структурными участками полипептидной цепи в совокупности с взаимо- 195 действиями К-групп и функциональных групп остова молекулы определяют третичную структуру, характерную для данного белка. Су1цественный момент при формировании третичной структуры-- наличие в молекуле белка гидрофобных участков, образованных неполярнымц К-группамн.
Одна такая область гидрофобных взаимодействий некоторых К-групп в молекуле кальцийсвязываюгцего белка (рис. 6.8) показана на рис. б.!б. В образовании таких гвдрофобных районов часто принимают участие К-группы аминокислотных остатков, достаточно удаленных друг от друга в полнпептидной цепи. Силы, способствующие формированию конформации белка, отчасти гидрофобны и подобны силам, вызывающим образование Рис. б.!5.
Аминокислотиая последовательность участка полипептидиой цепи кальцийсвязываюшего белка из мышц карпа (см. рис. 5.8) и модель его скручивания с образованием гидрофобной области. Полнпептидный остов показан схематически, более подробно изображены Гт-группы, учасгвуюшие в гидрофобных взаимодействиях. 1(-группы в гидрофобных районах глобулярных белков находятся в тесном контакте и обладают строгой ориентацией относительно друг друга.
(Рисунок любезно предоставлен Д. Ричардсон.) 13' Е ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ КЛЕТКИ мицелл или бислоев амфифилами 1гл. 3); 25 — 30% ампнокислотных остатков в глобулярных белках имеют достаточно гидрофобные К-группы; 45 — 507« содержат ионные или полярные К-группы. Остальные аминокислоты, например глицин плп алании, могут быть локализованы как внутри, так н на поверхности глобулы. Если белок находится в нативном состоянии, то его гидрофобные К-группы имеют значительно менее выраженную тенденцию к нарушению структуры воды, чем в полностью развернутой полипептидной цепи.
Таким образом, нативная структура белка термодинамически более выгодна. Однако нативная третичная структура находится в динамическом равновесии с другими возможными конформациями, что зависит от рН, состава и температуры водной среды. Поскольку гидрофобныс К-группы перемежаются с ионными или полярными боковыми группами других аминокислот в полипептидной цепи бельа, то для реализации гидрофобных взаимодействий необходимо внедрить некоторые из полярных групп внутрь белковой глобулы. Гидрофобные взаимодействия, образование водородных связей, а также особенности вторичной структуры молекулы сводят к нулю сродство к воде пептидных связей внутри глобулы белка.
Не менее сушественное влияние на процесс формирования нативной конформации белка оказывают ионогенные К-группы, особенно К-группы аспарагнвовой и глутаминовой кислот, аргинина и лизина, для «погружения» которых внутрь белковой молекулы необходимы значительные затраты энергии. Этп ионогенные группы в водной среде стремятся оставаться преимущественно на поверхности молекулы, подобно тому как это имеет место в процессе мицеллообразования, 11оскольку ионогенные и нсполярные боковые группы не отделены друг от друга в полипептидиых цепях глобулярных водорастворимых белков, можно предположить, что при нормальных пропорциях аминокислотиых остатков в белке число возможных последовательностей, способных образовать стабильные конформации, ограничено.
Кроме того, произвольная аминокислотная последовательность не обязательно образует глобулярную структуру. Нативные конформации белков могут быть отобраны в процессе эволюции, в результате чего сохраняются те последовательности, которые обеспечивают формирование конформаций, стабилизированных водородными связями и содержащих внутри глобулы гидрофобные домены, а на поверхности гидрофильные ионогенные группы.
Таким образом, Образование специфической нативной глобулярной структуры, характерной для данного белка,— кооперативный процесс, основанный на различных типах нековалентных взаимодействий. Дисульфидные связи не определяют характер свертывания полипептидной цепи, но, несомненно, стабилизируют конформацию молекулы после завершения процесса свертывания; такие снязи образуются самопроизвольно, когда 197 к Белки. ш, вследствие взаимодействий К-групп, определяющих правильное скручивание полнпептидной цепи, соответствующие тиольные группы оказываются рядом.
Это было показано на нескольких белках, в том числе на ферментах рибонуклеазе и лпзоциме, каждый из которых содержит четыре дисульфидные связи. Полностью восстановленные формы обоих белков, растворенные в 8 М мочевине, совершенно лишены ферментативной активности н обладают произвольными конформациями. В каждом из этих белков существует 4" =256 теоретических возможностей образования дисульфядных связей, однако только четыре из них реализуются, когда пз раствора с помощью диализа удаляется мочевина и молекулы белка принимают свою нативную конформацию в присутствии кислорода. При этом восстанавливается первоначальная ферментативная активность.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
