Osnovy_biokhimii_Nelson_i_Kokh_tom_1 (1123313), страница 63
Текст из файла (страница 63)
Все структуры стабилизированы с помощью множества водородных связей н некоторых ионных взаимодействий. Х.З Третичная и четвертичная структуры белка [199) лают создавать белки, содержащие изотопы ' С или счсч. Сипсалы ЯМР свяэанныс с наличием этих атомов, в сочетании с сигналами, возникающими в результате их взаимодействия с 'Н, позволяют выявить сигналы отдельных протонов. Это легче сделать, если известна аминокислотная последовательность белка. Для воспроизведения трехмерной структуры белка в компьютерную программу закладывают значения межатомных расстояний, а гакже такие известные геометрические параметры, как хиральность, ван-дернаальсовы радиусы, длины и углы связей. На основании этих данных компьютер созлает серию структур, отражакяцих возможный диапазон конформационных ссктояний молекулы с учетом ограничений межатолсных расстояний, полученных из данных ЯЭО (рис.
3. в). Некоторая неоднозначность структур, созданных на основе результатов Я МР частично отражает колебания внутри белковой молекулы в растворе, которые будут подробнее обсуждаться н гл. 5. Известная неопредслсннсчсть проистекает также нз ошибок эксперимента. Обычно структуры белка, определенные с цомощькс рентгенсютруктурного анализа и ЯМР подтверждают лруг друга. Иногда возможны расхождении в локализации боковых цепей отдельных аминокислотных остатков ца поверхности белка, что часто связано с характером упаковки соседних молекул белка в кристалле. Эти лва метола являются основным источником быстро растущего объема информации о струк.сурс макромолекул в живых клетках.
Для первого знакомства с очень сложной третичной структурой глобулярных белков, размеры которых гораздо болыцс размеров миоглобина, полезно обратить внимание на несколько типов структур, встречающихся в самых разных, часто вовсе не связанных между собой бслках. Трехмерную структуру типичного глобулярного белка можно представить как набор полипептидных сегментов, уложенных в виде а-спиралей или р-слоев и соединенных друг с другом связующилчн последовательностями. Следуя>шилс шагом является описание того, как этн сегменты соединены друг с другом н как организованы связующие последовательности, Понимание трехмерной структуры белка в целом строится на анализе структуры отдельных (200( Часть1.
4. Трехиериая структура белков Огззтк(%)' о-Сяирззк В Кон4ерияцкя 14 4з Белок 1«зте«чи«зо о«пиков) Х пмггцлццзгп (247) Рпти1 уюк;ся (12! ) Кз))бокс гак«и пддзз 1307) Цитохроы г (104) Лгсккйг~м (129) Мпщ:и ~биц 1199) Источник: данные взяты из книги Слптог, С.К. б Б«И1тще1, РК. (1980) ВюрЬМпсгг) СЬ«тЫгу, Рагс 1: 7Ье сол7огтааал оу' Ью!орса) тапото!еси)ез, р.
100, 33гН. Егсствп апг1 Сощрвпу, Хсзч Уог)г. Участки полипептилных цепей, це обрязующих пи о-спирвли, ни В-конфирмацию, представляют собой изгибы цепи и нерегулярно скрученные или вытянутые отрезки. Участки а-спиралей и р-конформации иноглв имеют слегка искаженные размеры и геометрию. отличающиеся от соответствующих нормяльных параметров. его участков. Мы начнем с определения двух важных терминов, использукзгцихся для описания отдельных участков или элементов структуры полипептидной цепи, а затем обратимся к закономерностям укладки (фолдинга) белка. Первый термин — это супервгоричнаяструктура белка, иначе называемая белковым мотивом; эта структура определяет устойчивое взаиморасгюложение определенных элементов вторичной структуры и связующих их последовательностей.
Приведенные термины синонимичны, хотя в литературе наблюдается некоторая путаница с их употреблением. Белковые мотивы могут быть очень простыми, например два элемента вторичной структуры, расположенные друг напротив друга, и составлять лишь малую часть белка. Пример таких элементов — (3-а-(3-петли (рис. 4-17, а). Мотив люжет быть очень замысловатой структуры и содержать множество участков белка„упакованных в единую структуру, например (3-бочонок (рис. 4-17, б). Иногда целый белок может являться одним большим мотивом.
Этот термин отражает все преимущества представления белка в виде отдельно упакованных участков и хорош для описания таких участков. Участок, определенный как мотив, иногда бывает устойчивой самостоятель- ной структурой. Мы уже сталкивались с одним хорошо изученным мотив<км — суперспиралыо а-кератина, которая встречается и в ряде других белков.
Обратите внимание, что мотив — это не промежуточный уроиснь структуры белка между вторичной и третичной структурами. Это участок укладки, который описывает малую часть белка или отдельную полипсптидную цепочку. Синоним «супервторичная структура» несколько запутывает, гак как подразумевает наличие определенной иерархии. Второй термин, используемый для описания структуры белка, это домен. По опрелеленню Джейн Ричардсон, данному в 1981 г., домен — это часть поли пептидной цепи, которая стабильна вне зависимости от остальной цепи или может перемещаться по отношению к целому белку как самостоятельная единица.
Полипептиды, имеющие в своем составе несколько сотен аминокислотных остатков, часто состоят из двух или более доменов, которые могут различаться по функциям. Во многих случаях домены болыпого белка сохракиют свою иативнукз трехмернукз структуру даже при отделении от другой части белка, например, в результате протеолитического расщепления. Иногда домены в мультидоменных белках удается различить как отдельные структурные единицы (рис.
4-18), но чаще этого сделать нельзя из-за тесного контакта между ними. Отдельные домень3 часто выполняют различныс функцгш, а 13-а-13-Петля б В-Бочонок Рис. 4-17. Мотивы. а) Простой мотив — (3-сг — В-пеон. б) Более сложный мотив — (3-бочонок. Этот ~3-бочонок является единственным доменом а-гемолизина (токсина, уничтожающего бактерии путем создания пор в клеточных мембранах) из бактерии 51арИу)ососсиз аигеи (РВВ 10 7АНЦ.
Соелннсниес нерекрешнаанисл~ (а белках не найлено) Типичный характер сосаинении нсех участков с 33-конформацией Закрученное алеко соснине ~не участков с 33.конформацией (астрсчаетсл крайне редко) Закрученное кирино омцнненис учаспсон с 9-кокформацней Скрученные 33-слои Рис. 4-39. Структурные домены в пвлипептидной цепи троионииа С (РВВ 10 4Т3(С). Данный кальций-связывающий белок мышечной ткани содержит отдельные домены йм связывания кальция, выделенные на рисунке разныии цветами.
тайне как связывание небольших молекул или взаимодействие с другими белками. Маленькие оезкн обычно состоят из одного домена (т. е. доней представляет собой весь белок). Сворачивание белков (фолдинг) подчиняется ряду физических и химических закономернопей. Перечислим пекоторыс из них, поскольку йив 3(ачнпттят ОнредЕЛИтЬ НЕСКОЛЬКО ПрОСтЫХ бСЛ- ковых мотивов. 1.
Гндрофобпые взаимодействия вносят значительный вклад н устойчивость структуры белка. Необходимость спрятать К-гру333(ы гийрофобных аминокислот, чтобы исключить их контакт с водой, влечет за собой возникноненне, по крайней мере, двух уровней вторичной структуры. Такие два уровня могут создаваться простыми мотивами, например (3-сх-33-петлями (рнс. 4-17, а).
2.Есл33 в белках существуют как о-спирали, так н 33-слои, то они обычно расположены в разных частях структуры. Это правило объясняется тем, что полипсптидный участок с р-конформацией (рис. 4-6) не может участвовать в образовании водородных связей с находящейся рядом и-спиралью.
З.Полнпептидные участки, расположенные рядом в последовательности аминокислот, обычно оказываются по соседству и в свернутом белке. Хотя удаленныс участки посаедовательностн в результате образования трстичной структуры также могут соприкасаться, зто происходит нечасто. 4.3 Третичная и четвертичная структуры белка (201) 4. Связующие последовательности между элементами вторичной структуры не пересекаются и не образуют узлов (рис. 4-19, и). 5.р-Конформация оказывается более устойчивой, если ее отдельные участки слегка скручены вправо. Это влияет на расположение как обоих листов по отношению друг к другу, так и полипсптидного связующего отрезка между ними.
Напримср, два параллельных 33-слоя должны Рис 4-19. Устойчивые типы укладки пвлипептидной цепи в белках. й) Связь между участками цепи с Р-конформацией в уложенных р-слоях. Цепи показаны с одного конца, изгибы структуры не отражены. Более толстымн линиями обозначены связующие последовательности, расположенные ближе к читателю, более тонкими линиями — те, что расположены на дальней стороне (3-слоя. Связующие последовательности с каждой стороны В-слой (как с ближней к читателю, так и с дальней от него сюроны) не пересекаются между собой.
б) Участки с 13-конформацией скручиваются, поэтому связывающие нх последовательности обычно закручены вправо. Закрученные влево структуры должны образовывать более острые угльс поэтому они труднее образуются. в) Скрученные В-слон — это структура домена фотолнаэы (фермента, ответственного эа репарацию некоторых типов повреждений ДНК) иэ Е. со!3 (РВВ 19 1ВМР). Соединяющие петли не показаны для наглядности изображения укладки 13-слоев. аф-вочоиок а.а-в ветлн 1202) Часть 1. 4. Трехмерная структура белков Рис.
4-20. Построение более крулнвгв мотива из более мелких. ор-Бочонок — зто раслространенний мотив из повторяющихся мотивов р-и-р-петель. Изображен домен глихолитичесного фермента вируваткиназм кролика (РВВ Ш 1РКМ). перекрещиваться (рис. 4-19, б). В принципе, такая псрскрсстная структура может быть повернута как вправо, так и влево, но в белках почти всегда реализуется правая конформация. Правая связующая цоследовательцость обычно короче левой и изогнута нол меньшим углом, поэтому она легче образуется.
Скрученность В-слоев, кроме того, приводит к характерным изгибам структуры, образующейся цри контакте большого числа таких участков. Примерамн могут служить В-бочонок (рис. 4-17, б) и скрученные р-слои (рис 4-19, е), которые образуют ядро многих более крупных структур. Более сложные белковые мотивы могут строиться из более простых в соответствии с данными правилами. Например, серия Б-а-Р-петель, организованных так, что участки с В-конформацией формируют бочонок, образует очень устойчивый и распространенный мотив, называемый а)3- бочонком (рис. 4-20). В этой структуре каждый из параллельных 13-слоев связан с соседним с помощью а-сцирального участка.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
