Osnovy_biokhimii_Uayt_tom_2 (1123310), страница 117
Текст из файла (страница 117)
Можно ожидать, что именно эти остатки, находящиеся в активных участках н необходимые для связывания субстратов, кофакторов или простетнческих групп либо определяющие укладку и необходимую конформацию полипептидной цепи, не могут быть изменены генетически или путем химической модификации без глубокого влияния на функцию. Замещения остатков О)у1 и С!1у П, которые приводят к неактивным вариантам триптофансинтетазы (рис. 26.10), обусловлены, вероятно, влиянием на конформацию белка, так как остатки О(у могут быть замещены небольшпмн не- полярными остаткамн,:но не ионизнруемыми группами. Исследование конформации молекулы миоглобина (равд.
31.2.3) илн цепей гемоглобина (разл. 31.2.2» свидетельствует о том, что участки, на которых наблюдаются наибольшие изменения ампнокислотной последовательности, не сопровождающиеся изменениями функции,находятся в тех участках полипептидной цепи, которые не вовлечены в непосредственные взаимодействия, необходимые для связывания От Это подтверждается тем, что гемоглобины позвоночных обладают одинаковыми функциями; несмотря на существенные различия амннокислотных последовательностей и других свойств, все эти гемоглобнны имеют сходную конформацию, которая необходима для связывания О,.
Наиболее широкие исследования проведены к настоящему времени по аминокислотной последовательности цитохромов с для более чем 70 видов животных, растений, яростей!пих и .грибов Последовательность цитохрома с человека приведена на ~рпс. 12.11. У цнтохромов, содержащих 103 или 104 аминокислотных остатка, до сях пор обнарунсено примерно 20 константных остатков (рис. 27.1). Цля всех других остатков обнаружены замены различных типов.
Вообще говоря, многие типы консервативных замещений мокнут и не вызывать значительные изменения функциональных н и митлиолизм о н в о тв нз ЕТЛЕЕ езчеа ОЕЕРР ггтлл ЛСГКК ОН нв о ве т Еа Р Оснес глссл скллч лккек о нон 5ТТ ОЕ55 НРЕА влгч 5!ЛК сгккк Е с л тч а зс г с! лснль о ЕО снг лтч ка! сккег т Н Е вта 5 5 А асчс ИК!ЛР .тз 55Е Е ЕР РЛРС РЛКАГ сккхкк о н в 5 аз сл НЛАМ св!кк лмкаа н 5 а с л нчч а г ! л н ЧЕЕЧСР О Е а тг ЕЛ 5ЛЧЕ СОЧКС Е о н т Е т Р Ч5 ТА ТАЧ5К О т Е Е ! г чч ен кгекв ч тт !Н О5 чз на ГСЯКА зе О н 5 5 ЕТЕ5 А5ОЕ члга ьслл кккке зае т а с АОЧ! чн!ч ккиеь з т 5 Р л с Ч А Е ! ГЧСЕ 5 Чч К ГМ РХКН! с РКТКМ Рис.
27.1. Комбинированная аминокислотная пес!!едователы!ость всех нзяестиых в настоящее времи цитохромов с животных, растений, грибов и простейших !более 70 различных видов). А — - А15,  — Азр или Азп, С вЂ” Суа,  — Азр, Š— Яо, Р— Рйе, Сг — Сг!у, Н вЂ” Нш, 1 — 1!е, К вЂ” )уз, Š— Еец, М вЂ” Ме1, Х вЂ” Азп, Р— Рго, 1:! — Ы.п, Я вЂ” Агб, Б — Бег, Т вЂ” Тиг, Ъ' — Ъ'а1, Тч' — Тгр, Х вЂ” тримстилливнн, У вЂ” Туг, 2 — 0!ц или Яп, 6 — удалены для максимализации гомологии.
Звездоч. кои отмечены: в положении — 6 ацетилированные аминоконцевые группы всех высших растений, в положении 1, ацетнлглиции у цитохромов с всех хордовых У большинства видов тем связан с цистеииамн в положениях 14 и 17. Лигандами темного железа являются Ебз-18 и Ме1-80. Единственный триметиллизиновый оста. ток в цитохромах грибов расположен в положении 72, а у высших растений два тиких остатка —. в положениях 72 н 86. Наиболее консервативная область — вблизи места связывливя гома и вокруг лигаплов генного железа. У цитохромов простейших наибольшая вариация последовательности по сравнениго с другими андами.
[Магбо)!азй Е., Гегбизоп-МШег Я., Кппд С. В., Вгпи118ап В. 7, Реб. Ргос, 36, 2126, 1976.) о и от тз 5Е еаО ьвггв Р5РСЕ КЛЛЛО хкккг н т 5 Е оа тс и ЕЛ 5 ЧМО Е !Тклс кгасА О о н н в т т Е 5 а е С О нач г тл! с ТЧЕ Л Л ! КР!К О н 5 тт Е5 ге ча ег т н! 5 ЧМКН Л Е !.КК О н ов о Н5 5 ВЕО М еам е агт гс5мг г*чьн чкигв !099 зх Генетические Аспекты мстлголизмл.
!и свойств белка или фермента. В качестве примера мы можем приве сти замены алифатических гидрофобных остатков (!!е, Ча!, 1.еи, Ме1) и замещение одних полярных остатков другими (Агп на (.уз, О!и на Азр, О!п па Аар). Даже ионизированные остатки с противоположными знаками могут заменять друг друга (Азр или О!и на ! уз), вероятно, потому, что зти остатки расположены преимущественно на поверхности белка. «Радикальные» замещения, т. е. когда замещение происходит на остаток с другим типом боковой цепи, может происходить и без существенного изменения свойств в том случае, если локус некритичен для функции или коиформации. Сопоставление трехмерных структур цитохромов с (рис. 4.1) тунца н лошади свидетельствует об отсутствии существенных различий конформации, что находится в согласии с ожидаемым на основании их функционального сходства (см.
ниже). В случае внеклеточного протеолитического фермента субтилизи на, продуцируемого некоторыми бациллами, сравнение последовательностей ферментов из двух различных видов показывает83различия в последовательности длиной 274 остатка (у одного из этих белков также делегирован один аминокнслотный остаток). Согласно трехмерной структуре, толькодва из этих различий расположены во внутренней части белковой глобулы, а остальные расположены на поверхности. Некоторые замещения на поверхности глобулы относятся к консервативному типу, дру~ие — к «радикальному», но вблизи от активного центра фермента и участка связывания иет значительных замещений. Это отражает тот факт, что оба субтилизина полностью активны и нмеют почти идентичные кинетические характеристики и специфичность.
27.2. Эволюция и структура белка Сравнение белков из различных организмов показывает, что в ходе эволюции 1) белки, выполняющие одинаковые функции на всех фнлогенетических уровнях, например цитохромы с, синтез которых кодируется ггьчологичными генами, сильно модифицированы; 2) некоторые белки исчезли; 3) появилось много новых белков.
Так как структура и распределение белков в прямом смысле составляют фенотипический характер вида, эти три основные типа изменений отражают действие эволюции. Только для сравнительно небольшого количества белков известны последовательности на различных филогенетических уровнях. Однако, очевидно, что функционально те же самые ферменты из филогенетически удаленных видов сохраняют общие элементы структуры, но могут иметь существенно различающиеся последовательности.
Например, пентапептиды, полученные при триптическом гидролнзе и содержащие фоофорилированпый остаток серина, 1!00 пь матльолизм одинаковы для фосфоглюкомутазы (разд. (5.3.3) нз Е. со((, дрожжей и мышц кролика. Однако ферменты из этих различных источников, хотя и пмеют примерно одинаковую молекулярную массу, существенно различаются по аминокислотному составу. Важная для ферментатнвной активности сульфгндрильная группа глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы содержится в одинаковом октапептиде после протеолиза ферментов из дрожжей н мышц кролика, которые отличаются в других отношениях. Многочисленные аминокислотные замены, которые возникли в этих белках в результате мутаций гомологичных участков ДНК, не повлияли:на их ферментативную функцию.
Более существенно, однако, то, что у всех функциональных белков не возникает изменений аминокислотной последовательности в области активного участка. Вероятно, любое изменение на этом участке либо изменяет его стерическое соответствие и способность связывать субстрат, либо приводит к утрате той группы, которая принимает участие в каталитическом процессе (серина, гистиднна, сульфгидрильной группы и т. д.), что должно уничтожать ферментатнвную активность белка. Потеря активности может также быть обусловлена такими изменениями структуры, которые изменяют конформацию белка и вследствие этого структуру активногоцентра.
Очевидно, что мутации такого типа, так же как терминаторные мутации, являются причиной возникновения у животных необходимости получения некоторых аминокислот, жирных кислот, витаминов и т. д. с пищей. Таковыми являются некоторые мутапин триптофансинтетазы (равд. 26.5.5). Хотя в этом случае ешс нельзя определить активный участок, мутанты„полученные облучением, синтезируют ферментативно инертные белки, которые идентичны нормальному ферменту, за исключением единичных аминокислотных замен. Неизвестно, продолжают ли позвоночные синтез аналогичных нефункциональных производных ранее активных белков, которые когда-то осуществляли синтез соединений, являющихся в настоящее время необходимыми компонентами пиши человека, например триптофана и тиамина, Не все замещения в определенных участках губительны для функционирования.
На самом деле, известна значительная толерантность по отношению к заменам, делециям и вставкам аминокислот во многих участках различных белков (рис. 27.!). В дополнение к информации, полученной при изучении аминокислотной последовательности белков, подтверждение такой толерантности дают: !) специфические нммунохимические свойства аналогичных белков из различных видов; 2) тот факт, что многие ферменты нечувствнтелыны к химической модификации различных аминокислотных остатков; 3) возможность протеолитического удаления фрагментов полипептидной цепи без инактивацпи; 4) существенное различие аминокнслотного состава многих гомо- 27. Генетические Аспекты яегдволизьтл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
