Osnovy_biokhimii_Nelson_i_Kokh_tom_1 (1123313), страница 104
Текст из файла (страница 104)
Этот белок является частью системы, позволяющей бактерии в растворе приближаться к аттрактантам (например, сахару) и удаляться от репеллентов. Как метилирующий агент выступает 5-аденозилметионин (адоМег) (рис. 18-18, б). Ацетилирование — довольно частая модификация, которой подвергаются около 80;4 всех растворимых белков эукариот, включая многие ферменты, которые ацетилируются по Х-концу. Убиквитин присоединяется к белкам в качестве «ярлыка», указывая на то, что эти белки направляются на протеолитическое расщепление (см. рис.
27-47). Убиквитинировапие может также выполнять регулятор- 13241 Чааь Е б. ферменты Пгосфорнлнроиание 1тут„нег, Тиг, НЬ1 АТР ЛОР О К. -1'--0 СН; ' Лк око О. .Н Н,: Лисгнлнроиаиис 11.ук, к-юоою 1гккооен11 ОН ОН Г --С--СНк Ле'тл СОЛ 11Я СоЛ Мирисгилироаанис икании: 1Х-конски 'Ф~ С В тук Лкгккн1кик1ннко1 ~ ~ М1ккя гни ХЛО нико инаиил Нго Ллмын '.'' ' 0 Н,'Н ОН ОН ОН ОН Кокелео грыг молифбккиин (гкккгкиг амигк~кгослог ' майцена) Н. Ллеинлирокаиие СГУг1 АТР РР Е --' В -Р О Ми1ны"~он ~ СоЛ НЯ-Сел О 1 В.
- '-- —. ' - - Н--С Чснпи -СН., Убикаитинироиаиие ('-"1 ня-ф~ф .О '~~-С'" О к'.1ккзккл !ф~р, С вЂ”.Я -бтй нв-~$- гбн ювао он Лнгк рибоаилнроианне 1Агв, 01а, Су.:, ик1намид — ио нк)лолроъоюый 1ца1 О О О- Р О -1 — О-СНк О Н,'Н Мегилироаание 101о1 я ки колол З-акгнолил. нг 1но1о1к ~ ~икя~иг ггин Рис. 6-35. Примеры реакций модификации ферментов (Е обозначает фермент). ную функцию.
Белки Я)МО присоединяются ко многим ядерным белкам эукариот и участвуют в регуляции транскрипции, организации хроматина и репарации ДНК. АПР-рибозилирование — это чрезвычайно интересная реакция, которой подвергаются лишь немногие белки. АОР-рибоза является производным никотинамидадениннуклсотида ()чА1)) (рис. 8-39). Данному типу молификации подвергается бактериальная редуктаза нитрогеназы, играющая важную роль в фиксации азота. Токсины дифтерии и холеры представляют собой ферменты, катализирующие АПР-рибозилирование и приводящие к инактивации ключевых клеточных ферментов и белков.
Возможно, наиболее важным типом регуляторной модификации является фосфорилирование. По оценкам, треть всех белков в клетках эукариот фосфорилированы, а одна или (часто) несколько стадий фосфорилирования осу1цествляются практически в каждом регуляторном процессе.
В некоторых белках фосфорилирован лишь один остаток, в других — несколько, но есть белки, в которых имеются лесятки центров фосфорилирования. Данный способ ковалептцой модификации играет важнейшую роль в большом количестве рсгуляторных путей, поэтому мы остановимся на нем подробнее и снова вернемся в гл. 12. Все этн способы модификации будут обсуждаться в нижеследующих главах книги. Фосфорилирование влияет на структуру и каталитическую активность белков Присоединение фосфорильной группы к аминокислотным остаткам белка катализируется протеиикииазами; удаление фосфорильной группы катализируется фосфатазвми.
Присоединение фосфорильной 1руппы к остаткам Бег, ТЬг и Туг приводит к внедрению громоздких заряженных групп в слабополярные области белка. Атомы кислорода фосфорила могут участвовать в образовании водородной связи с группами белка, чаще всего с амидными группами пептидной цепи в начале а-спирального участка или с заряженной гуанидиновой группой остатка Агя. Два отрицательных заряда на фосфорилированной боковой цепи могут приводить к отталкиванию расположенных поблизости отрицательно заряженных остатков (Азр и С!п).
Бели молифицированная 6.6 Регуляторные ферменты [325[ боковая цепь локализована в участке белка, который важен для образования его трехмерной структуры, фосфорилирование может оказывать серьезное влияние на конформацию белка и, слеяовательно, на связывание субстрата и катализ. Важным примером регуляции через фосфорнлирование яшщется катализ гликогенф<кфорилазой (М, = 94500) следующей реакции в мышцах и печени (гл. 15): (Глюкита)„+ Р, (глюкоза)„, + глюкозо-1-фосфат глнкогсн укороченная нсиь гликогсна Образующийся глюкозо-1-фосфат может использоваться для синтеза АТР в мышцах или превращаться в свободную глюкозу в печени. Гликогенфосфорилаза существует в двух формах — в виде более активной фосфорилазы а и менее активной фосфорилазы Ь (рис.
6-36). Фосфорилазза состоит из двух субъединиц, каждая из которых имеет специфический остаток Бег, подвергающийся фосфорилнрованию по гидроксильпой группе. Ф<хфорилирование остатка серина является необходимым условием для проявления максимальной активности фермента. Фосфорильпые группы могут быть удалеш <действием другого фсрмснтав фосфатазы фосфорилазы: фогфорилаза а + 2Н<0 ф<кфорилаза Ь + 2Р, (более акгн ниая ) (мсн<ю активная) В соответствии с данной реакцией фосфорилаза а превращается в фосфорилазу Ь путем расщепления ковалентных связей между остатками фосфорной кислоты и двумя специфическими остатками серипа па двух субъсдиницах гликогенфосфорилазы.
Фосфорилаза Ь в свою очередь также может быть снова превращена в активную фосфорилазу а под действием другого фермента — киназы фосфорнлазы, катализирующей перенос фосфорильной группы от АТР на гидроксильную группу специфических остатков серина в фосфорилазе Ь: 2ЛТР + ф<к«орилаза Ь 2А1)Р + фосфорилаза а (менее активная) (более активная) распад гликогена в скелетных мышцах и печени регулируется путем изменения соотношения лвух форм гликогенфосфорилазы. Формы а и Ь различаются по вторичной, третичной н четвертичной структурам; их взаимопревращения сопровожда- ются изменениями структуры активного центра и, следовательно, каталитической активности.
Регулирование гликогенфосфорилазы фосфорилированием иллюстрирует влияние модификации как на структуру, так и па каталитическую активность фермента. Каждая субъсдиница нефосфорилированного белка упакована таким образом, что 20 аминокислотпых остатков на 11-конце (в их числе несколько основных остатков) располагаются в области, содержащей кислые аминокислотные остатки. Возникающее электростатическое притяжение стабилизируст молекулу.
Фосфорилированис 5ег<з нарушает это взаимодействие и выталкивает Х-концевой домен из кислой области белка, что приводит к возникновению конформации, способствующей взаимодействию между (Р) — 5ег и боковыми цепями нескольких остатков Агя. В данной конформации белок гораздо более активен. Фосфорилирование фермента может влиять па катализ и другим путем, а именно изменяя сродство фермента к субстрату. Например, при фосфорилировании изоцитратдегндрогеназы (фермент цикла лимонной кислоты, гл.
16) электростатическое отталкивание фосфатных ~руны ингибируст связывание цитрата (трикарбоповой кислоты) в активном центре фермента. Множественное фосфорилирование позволяет осуществлять тонкую регуляцию Остатки 5ег, Тйг и Туг, подвсргаюшисся фосфорилированию в регуляторных белках, встречаются в распространенных структурных мотивах, которые называются консенсуснь<ни последовательностями и узнаются специфическими протеинкиназами (табл. 6-10).
Некоторые киназы предпочитают фосфорилировать остатки, находящиеся по соседству от основных аминокислот; другие фосфорилируют те остатки, что расположены, наг<ример, рядов< с остатком Рго. Однако аминокислотная последовательность — это не единственный фактор, определяющий, будет ли данный остаток фосфорилирован. В результате фолдинга белка остатки, расположенные далеко друг от друга в первичной структуре, могут оказаться рядом; именно трехмерная структура белка определяет, доступен ли остаток для протеинкиназы, и воспринимает ли она его в качестве субстрата. Еше одним фактором, влияющим на субстратную специфичность он канаш ,. й 71афаа аи ЛТР с 1 ! АМР г l l 7 АТР грг гн,о ® ..(В. ~~Пню~', рр1-т Инсулин------ — — — — — — — — —- Глюкагон---э Ф(сАМР) — --э ®Ф(бд,'~ 1!РР.:"713® ОН РР1-1 Рис.
6-36. Регуляция активности гликогенфосфорилазы мышц путем ковалентной модифинации. Регуляция активнопи гликогенфосфорилазы мышц осущепвляетгя несколькини путями, включая ковалентную модификацию (фосфорилирование), аллостерическую регуляцию и гормонзависимый регуляторный каскаГЬ который действует на ферменты фосфорилирования и дефосфорилирования. В более активной фосфорилазе а специфические опаткн бег на обеих субьединицах фосфорилированы. Она превращается в менее активную фосфорилазу Ь при удалении фосфорильных групп, осуществляемом фосфатазой фосфорилазы 1 (РР1).
Обратная реакция происходит под действием киназы фосфорилазы. Активность обеих форм фермента подвержена аллостерической регуляции активатором (АМР) и ингибитораии (глюкоза-б-фосфат и АТР), которые связываются с разными центрами на молекуле фермента. Активности киназы фосфорилазы и РР1 также регулируются коротким каскадом, зависимым от горионов глюкагона и адреналина.
При низком содержании сахара в крови поджелудочная железа и надпочечники начинают вырабатывать глюкагон и адреналин. Адреналин связывается со своим рецептором в мышцах и некоторых других тканях и активирует аденилатциклазу. Глюкагон играет похожую роль, связываясь с рецептором в печени и вызывая синтез большого количества модифицированного нуклеотида — циклического АМР (сАМР; см.
с. 421), активирующего фермент сАМР-зависимую протеинкиназу (РКА). РКА фосфорилирует некоторые белки-иишени, среди которых киназа фосфорилазы н ингибитор фосфопротеинфосфатазы 1 (РР1-1). Фосфорилированная киназа фосфорилазы активируется и, в свою очередь, фосфорилирует и активирует гликогенфосфорилазу. В то же время фосфорилированная РР1-1 взаимодействует с РР1 и ин тиби рует ее действие.
Кроме того, РР1-1 поддерживает себя а активной (фосфорилированной) форме путеи ингибирования фосфопротеинфосфатазы 2В (РР2В), которая дефосфорилирует и тем самым инактивирует РР1-1. При атом равновесие между а и Ь формаии гликогенфосфорилазы сильно сдвинуто в порону более активной гликогенфосфорилазы а. Обе формы киназы фосфорилазы до некоторой степени акти вируются ионами Саы (не показано). Подробнее см. в гл. 14, 15 и 23. ЯЬ+--- Иггсучнн Глюкагон — — — э тгсАМР1 ---э ®дф$С Р171, ® ® ЛГ Р " " Н7О 'каа М гЛТР -'.,4акфаа!а"ю.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
