Osnovy_biokhimii_Nelson_i_Kokh_tom_1 (1123313), страница 67
Текст из файла (страница 67)
4-28). Развернутые состояния характеризуются высокой конформациопцой энтропией и сравнительно высокой свободной энергией. По мсрс свертывания цепи происходит сужение «воронки», отражающее снижение числа возможных копформационных состояний. Промежуточцыс энергетические минимумы с<ютветствуют частично свернутым состояниям белка, которые несколько тормозят приближение к окончательному варианту. На дне «воронки» число возможных конформаций снижается до одной-единственной нативной конформации (или одной из небольшого числа возможных нативных конформаций). Термодинамическая устойчивость отдельных участков белковой молекулы может различаться — существуют области с высокой и низкой тсрмодинампчсской устойчивостью.
Например, белок может состоять нз двух стабильных доменов, соединенных менее устойчивым сегментом; один небольшой участок домена может быть менее стабильным, чем основная структура. Участки с относительно низкой стабильностью позволяют белку изменять свою конформацию, переходя от одноп> состояния к другому. Как мы увидим в следующих двух главах, различная стай>ильность участков молекулы белка часто необходима для реализации его функции. а го ) Натнаная структура [2т 2! Часть В 4. Трехиерная структура белков Начало образования спиралей н коллапс Рис.
4-28. Термодинамика процесса фолдиига белка. В верхней части «вороики» возможно большое число конформаций, следовательно, ноифориационная энтропия велика. На данном рисунке учтена только малая часть внутрииолекулярных взаимодействий, реализующихся в иативной конформации. По мере свертывания белка и продвижения вниз по «воронке» уменьшается число возможных состояний (энтропия уменьшается), увеличивается доля белка в нативиой конформации, и уменьшается свободная энергия.
Локальные минимумы по краям воронки соответствуют промежуточным частично свернутым состояниям, наличие которых иногда может затормозить процесс фолдинга. По мере расширения наших знаний о процессе укладки белка и о структуре белка появляются все более сложные компьютерные программы, позволяющие предсказать структуру белка на основании его аминокпслотной последовательности. Предсказанием структуры белка занимается биоинформатика, а прогресс в этой области оцениваетсн в ходе проводимых каждые два гола соревнований САЯР (СНисп! Аэлеллтепс о/' Зсгигсигп! Ргейсссоп).
Участники со всего мира соревнуются в предсказании (вслепую) структуры определенного белка, чья структура уже определена, но пока не опубликована. Достигшие наилучших результатов команды приглашаются представить свои результаты па конференции САЯР. Пока задача предсказания структуры белка цс имеет абсолютно надежных решений, однако САЯР вносит большой вклад в совершенствование новых методов предсказания и повышение их точности. Фолдинг некоторых белков протекает при участии молекулярных шаперонов Не все белки самопроизвольно прпнимак1т нативпую конформацию после синтеза в клетке. В некоторых случаях в фоллинге участвуют молекулярные шапероны — белки, которые взаимодействуют с частично свернутыми илн неправильно свернутыми полипептидными цепями в обеспечивают нормальный фоллинг.
Хорошо изучены два класса молекулярных шаперонов. Оба они обнаружены в самых разных организмах — от бактерии ло человека. К первому семейству белков, названному Нзр70, обычно относят белки с молекулярной массой около 70 000, число которых увеличивается при воздействии на клетку повышенной температуры, отсюда и происходит их название — белки теплового шока с М, = = 70 000 (йеаг .тпогсс ргогеспл, Нэр70).
Эти белки связываютси с участками развернутого полипептила, имеющими много с идрофобных оснований, и предотвращают аномальную агрегацию. Такии образом эти шацеропы защищают денатурированные тепловым воздействием белки, а также только что синтезированные и еще не свернутые пептилы. Кроме того, Нэр70 препятствуют фоллингу тех белков, которые должны оставаться в развернутом состоянии ло тех пор, пока те нс будут транспортированы сквозь мембрану (см. гл.
27). Некоторые шапероны облегчают образование четвертичной структуры олигомерных белков. Вместе с белками Нэр70 в цикле связывания и высвобождения полипептилов участвуют н лругис белки (например, Нэр40). На рис. 4-29 показан механизм фолдинга белка Е. со!(при участии шаперонов слпаК и с)па)— гомологов зукариотических шаперонов Нэр70 и Нэр40. Сначала белки )лпаК и Рпа) были идентифицированы как участники процесса репликации ДНК некоторых вирусов (п г«гго (отсюда их название «тлпа»). Второй класс шаперонов шаперонииы, Эти белковые комплексы осуществляют «юл- 4.4 Денатурация и филдинг белка 1213] О) Впз) сяязывается с полностью нлн частично разнернутым белком, а затем с )ЗпзК.
''з. Я) Впа) стимулирует гидролнз АТР пол действием Е)пзК. Комплекс Е)паК с АРР прочно связан с развернутым белколс 2 Р1 , ) Г)паК Р бел Частично азасрнутый елок В снстсл~у СгоЕЕ бслок в натнвной конформапнн ьту Р Снрй(з Юпз)?) Г::6')) О3 В клетках бактсрнй фактор обмена пуклеотнлов СтрЕ стимулирует высвобождение ЛОР. (4) ЛТР свнзынается с ВпаК, белок вьквобожлается нз комплекса. Рис. 4-29.
Участие шапероиов в фолдинге белка. Циклический механизм связывания и высвобождения полипептидной цепи в клетках Е. сой продемонстрирован на примере шаперонов ВпаК и Влад — гомологов шаперонов зукариот Нзр?0 и Нзр40. Действие шаперонов направлено не на активацию фолдинга белка, а на предотвращение агрегации развернутых белков.
В конце цикла определенная фракция полипептидов оказывается в нативной конформации. Оставшаяся часть вновь связывается ВпаК или разделяется с помощью шаперонинов (бгоЕЦ см. Рис. 4-30). У бактерий белок ОгрЕ на короткое время связывается с ВпаК на заключительных фазах цикла (стадия 3), способствуя диссоциации АВР и, возможно, Впа3. Аналог ОгрЕ в зукариотических клетках неизвестен. дииг тех белков, которые ис могут сворачиваться самопроизвольно. По оценкам, от 10 до 15% белков Е.
сой для нормальной укладки требуют постоянного присутствия системы шапероиииов, называемой СгоЕ1./СгоЕ5, а при тепловом воздействии на клетки в помощи шаперонинов нуждаются 30% белков. Исследователи впервые столкнулись с этими белками, когда выяснилось, что они необходимы лля роста некоторых вирусов бактерий («Сгоь происходит от ашш. йгогггб — рост). Развернутыс белки связываются в карманах комплекса СгоЕ)., 1шсле чего эти карманы иа некоторое время закрываются, как крышкой, белками СгоЕ5 (рис.
4-30). Затем СгоЕ) подвергается последовательным коиформациопным изменениям, сопряженным с гидролиэом АТР а также высвобождением СгоЕ5, способствующим фолдиигу связашюго полипептида. Детали механизма, в соответствии с которым шапсроиип СгоЕ1./СгоЕЯ облегчает свертывание белков, пока неизвестны, но ясно, что важную роль в этом процессе играют размер и свойства поверхности той полости, в которой происходит свертывание. (6) Высвобождаетса полностью свернутый белок плп частично свернутый белок, способный прнннть натн аную конфпрмапню ч Свернуп ~й белок в въ 7Р; 7 'лф) СгпЕБ ! г 06 Внутри кармана пронсходнт фплдннгбслюь О7 Если высвобожлаетсн развернутый белок, тп он быстро свя- зывается ~ 7лпу 7 лгу вновь 7рь7 щп ОЗ Гндролна АТР приводит к образованию 14 молекул А(7Р н Ссор.
7 атл 7 Ао,в СсоЕЯ '.-=т 7Р, (4) 7 молекул АТР в СгоЕ5 сввзываютсв с СгоЕ1. с запавнеаным карманом. [214 ! Часть 1. 4. Трехмерная струнтура белков Ог Развернутый — Развернутый белок белок связывается ' Е в кармане СгоЕ1.,пе ' ',',: ! ' нн" Ов АТР с внзысубъслнпнпей "еф+ гсптамсра 'в 1 .",— 7 лов -': ~3-' Наконсц, некоторым белкам для нормального свертывания требуется помощь двух ферментов, катализирующих реакции изомеризации.
Днсульфидизомераза белков (РР!) — это распространенный фермент, катализирующий изменение положения дисульфидных связей до тех пор, пока нс возникнут дисульфидные связи, соответ- Рнс. 4-30. Фолдннг белка с участием шапероннть о) Предполагаемый механизм действия шаперонкнюв бгоБ. (нз семейства белков Нврбб) н бгоЕБ в клвтнп Е. со!г( Каждый компленс бгоЕЕ состоит нз двух болыпп нарманов, образованных двумя гептамернымн кольцевнмн пруктурамн (М, наждой субъеднннцы = 57 000). бгвТ! тоже представляет собой гептамер (М, субъеднющ - 10 000); он блокирует вход в один нз карманов бшП. б) Изображение поверхности н внутренней части шнплекса бгоЕь/бган (РВЕ П) 1АОМ). На правом рнсунве видно большое внутреннее пространство, необходкнм для связывания других белнов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
