А.В. Финкельштейн, О.Б. Птицын - Физика белка - Курс лекций с цветными и стереоскопическими иллюстрациями и задачами (1123404), страница 30

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 30)

Я надеюсь, выпомните, что гены эукариот содержат экзоны, кодирующие куски белков, и интроны, которые выщепляютсяиз матричной рНк (и потому белки не кодируют).На следующем структурном уровне коллагеновые суперспирали такжеслипаются друг с другом и образуют фибриллы коллагена.Биосинтез коллагена, его последующая модификация и образованиезрелой структуры коллагеновой фибриллы хорошо изучены (рис. 11-8).для самоорганизации коллагена нужен проколлаген, включающий,кроме коллагеновых нитей, глобулярные головки и хвостики.

Лишенныеголовок и хвостиков коллагеновые нити, самоорганизуясь из развернутогосостояния in vitro, тоже складываются в тройные спирали — но «неправильные», без присущей нативному коллагену гетерогенности тройнойспирали (включающей нити двух сортов), без присущего ему регистра (т. е.с неправильным сдвигом нитей относительно друг друга), и т. д. Поэтомусам по себе коллаген не способен к правильной спонтанной самоорганизации своей пространственной структуры in vitro, так же, как и фиброиншелка, и в отличие от рассмотренных выше α-структурных суперспиралейи особенно от глобулярных белков, о которых я буду говорить потом.При повышении температуры коллагеновая спираль плавится (так образуется желатина).

температура плавления коллагена тесно связана ссодержанием пролина и оксипролина (чем больше этих жестких остатков,тем выше, естественно, температура плавления), и обычно лишь на несколько градусов превышает температуру тела животного — хозяина этогоколлагена. Последний факт возьмем на заметку, через несколько лекциймы к этому еще вернемся.145ряющуюся последовательность типа (Gly–X–Y)n — последовательность,составляющую основу характерной трехспиральной структуры коллагена.По-видимому, по крайней мере одним из следствий такой мутации является замедление сворачивания коллагена — замедление, позволяющее происходить аномальным посттрансляционным модификациям этого белка.для того чтобы преодолеть трудности, связанные с изучением «цельного»коллагена, эффект мутации, связанной с болезнью, исследовался на упрощенных периодических пептидах.

Это позволило провести детальныебиофизические исследования, включая ЯМр-ные эксперименты в «реальном времени», с тем, чтобы исследовать шаги сворачивания на уровне индивидуальных остатков. Этот пример, кстати, иллюстрирует как все болееясно прослеживаемую связь между неправильным сворачиванием белкаи человеческими болезнями, так и мощь должным образом примененныхструктурных методов в исследовании молекулярных основ этих болезней. В заключение, я хочу подчеркнуть, что фибриллярные белки обычноустроены относительно просто в силу периодичности своей первичной и,в силу этого, также и своей вторичной структуры.Впрочем, здесь уместно сделать еще одно добавление.к фибриллярным белкам часто относят и белки, образующие огромныеагрегаты, но не имеющие внутри них никакой определенной структуры.

такие белки образуют прошитый теми или иными химическими связями упругий матрикс, в который погружены другие, более структурированные белки.типичным матриксным белком является эластин. Он играет важнуюроль в формировании стенок артерий, легких и связок. Его длинная цепьдовольно гидрофобна, и состоит из коротких аминокислотных повторовнескольких типов. каждая цепь эластина образует неупорядоченный клубок, но эти цепи сшиты в сетку ферментно-модифицированными лизинами (которые сшиваются по четыре в одном узле). В результате образуетсянечто вроде резины.

Не могу не отметить, что нарушения в работе фермента, модифицирующего лизины в эластине, приводят к утрате эластичности связок и сосудов, а иногда и к разрыву аорты.Рис. 11-8. Образование коллагена in vivo. Шаг 1. Биосинтез про-α1-цепей и проα2-цепей (по 1300 остатков в каждой) в пропорции 2:2. Шаг 2. Ферментативное котрансляционное гидроксилирование некоторых, находящихся перед Gly, остатковPro и Lys. Шаг 3. Присоединение сахаров (GLC–GAL) к части гидроксилированных остатков. Шаг 4. Образование тетрамера из с-концевых глобул двух про-α1- идвух про-α2-цепей; последующая деградация одной про-α 2-цепи; образованиепроколлагена (про-α1-α2-α1-тримера) и S–S-связей на его глобулярных концах.Шаг 5.

Образование тройной спирали в середине проколлагена. Шаг 6. секрецияпроколлагена во внеклеточное пространство. Шаг 7. Отщепление глобулярныхчастей. Шаги 8–10. спонтанное образование фибрилл из тройных суперспиралей, окончательная модификация аминокислотных остатков и образование (поддействием особого фермента) ковалентных сшивок модифицированных остатковколлагеновых цепей. картинка взята из [3] и адаптирована тему сворачивания коллагена делает особенно интересным то, чторяд наследственных болезней связан с мутациями, влияющими на сворачивание коллагенов. Наиболее изученной из этих болезней являетсяosteogenosis imperfecta, или болезнь «ломких костей». Наиболее частойпричиной этого синдрома является замена одного нуклеотида, котораяприводит к замене глицина на другую аминокислоту.

Это нарушает повто-146 И последнее. Недавно обнаружилось, что многие «нормальные» водорастворимые глобулярные белки (о мембранных на сей счет данныхпока нет) способны образовывать так называемые амилоидные фибриллы. среди этих белков — лизоцим, миоглобин и так далее, а в особенности некоторые их мутанты, но, прежде всего — знаменитые прионы.Об амилоидных фибриллах было известно давно, их с белками как-то не147увязывали — пока не увидели, что прионы, эти «инфицирующие белки»,образуют такие фибриллы в пораженных ими клетках.

Потом выяснилось,что это сходные амилоиды образуют и другие, самые обычные белки, иприоны, на их фоне, выделяются, кажется, только своей инфекционностью. В изученных амилоидных фибриллах белковая цепь уложена в двухили многослойные сэндвичи, состоящие из параллельной β-структуры.β-тяжи лежат перпендикулярно оси фибриллы, а водородные связи междуними идут вдоль этой оси (рис. 11-9). β-сэндвичи плотно упакованы впротофиламенты, трубчатые или ленточные (их форма зависит от белкаи внешних условий), укладывающиеся в длинные амилоидные нити.

Видимо, в β-структуру увлечена не вся белковая цепь, а только ее часть (в товремя как остальная остается глобулярной — или развернутой? — и лежитвне остова амилоидного протофиламента). По-видимому, в амилоидныхнитях уникальной пространственной структурой обладает только та частьбелка, что вовлечена в β-сэндвичи, образующие остов протофиламента.Известно, что образование амилоидных фибрилл имеет вид медленной(часто идущей с «лагом», т.е. с большим запаздыванием перед началомроста) и обычно необратимой β-структурной агрегации. существуютвеские основания полагать, что вред организму наносят не столько самиамилоидные фибриллы, зрелые и крупные, сколько формирующиеся впроцессе их образования небольшие, активные олигомерные «зародыши».так или иначе, процесс и/или результат образования амилоидных фибриллприводит к тяжелым болезням с огромным порой инкубационным периодом (типа куру, «коровьего бешенства», болезни Альцхаймера и т.

д.).Изучение этих и других «конформационных болезней» фибриллярных (идругих) белков — одна из «горячих точек» современной молекулярнойбиологии. И еще. Под маркой фибриллярных белков иногда рассматривают фибриллы, сложенные из «нормальных», не подвергнувшихся перестройкеглобул (например, актиновые фибриллы). Мы их не будем здесь рассматривать — о глобулярных белках речь пойдет позже.Рис. 11-9.

(А) кусок расшифрованной рентгеноструктурным анализом амилоиднойфибриллы, образованной коротким (7 остатков) фрагментом дрожжевого белкаSup35 (вызывающим в дрожжах болезнь, сходную с той, что вызывают прионыу млекопитающих); картинка, с некоторыми упрощениями, взята из Nelson et al.,Nature (2005) 435:733–778. Обратите внимание, что «гидрофобное ядро» этойфибриллы состоит из полярных (более полярных, чем вода) аминокислот Asn (N)и Gln (Q), боковые группы которых образуют между собой водородные связи.(B), (C): Вид с разных сторон на расшифрованную менее прямыми ЯМр-нымиметодами амилоидную фибриллу, образованную 42-членным пептидом Aβ(1-42),взятым из белка, вызывающего болезнь Альцхаймера; картинки, с некоторымиупрощениями, взяты из Lührs et al., Proc.Natl. Acad. Sci. USA (2005) 102:1734217347.

В пептиде Aβ(1-42) фрагмент 1-17 неупорядочен (и потому на рисункеот него виден только Leu17), а остальная часть пептида Aβ(1-42) входит в остовпротофиламента, гидрофобное ядро которого состоит в основном из «нормальных»неполярных аминокислот, хотя и включает в себя ионную пару Asp23-Lys28.148149Лекция 12Мембранные белки, особенности их строения и функции. Бактериородопсин, рецепторы и G-белки, порин, фотосинтетическийцентр. селективная проницаемость мембранных пор. работа фотосинтетического центра. Понятие о туннельном эффекте. Понятие обэлектронно-конформационном взаимодействии.рассмотрим теперь мембранные белки.

Они тоже — я имею в виду ихтрансмембранные части — устроены довольно просто, почти как фибриллярные белки.Мембраны создают поверхность клетки, а внутри нее — разные замкнутые объемы — или, как говорят, компартменты. Мембраны состоятиз жира (липидов) и белков (рис. 12-1). Особая роль мембранных белков(а они составляют до половины веса мембраны) — обеспечивать транспортчерез нее различных веществ, а также сигналов. Мембрана — это, так сказать, «изолятор», а белки — точнее, как мы увидим, каналы в них — «проводники». Эти проводники специфичны, каждый из них пропускает черезмембрану только определенные молекулы (или — по-видимому, посредством небольшого изменения конформации белка — сигналы от определенных молекул).Рис. 12-1.

Белки в мембране. серым цветом выделены внемембранные домены.Внутримембранные части белка практически не содержат нерегулярных участковцепи. Выступающие наружу из клетки части эукариотических мембранных белков,как правило, сильно гликозилированы, что усиливает их гидрофильность150Истинно мембранные белки «живут» внутри мембраны — там водыпрактически нет, так что внутримембранные части таких белков должнысостоять (и состоят, как мы увидим) из регулярной вторичной структуры,причем размер этих частей ограничен толщиной мембраны.Посмотрим на нескольких примерах, как устроены мембранные белки.Вообще надо сказать, что мы еще знаем мало структур мембранных белков —их расшифровано пока всего несколшько десятков, — так как эти белки плохорастворимы в воде (приходится использовать детергенты и т.

Характеристики

Список файлов лекций