А.В. Финкельштейн, О.Б. Птицын - Физика белка - Курс лекций с цветными и стереоскопическими иллюстрациями и задачами (1123404), страница 34
Текст из файла (страница 34)
казалосьбы, зачем нужны упрощенные схемы, если компьютер может нарисовать«все как есть». дело в том, однако, что «все как есть» содержит очень многодеталей, а схемы берут из них главные, повторяющиеся в разных сходныхбелках. Поэтому они удобны и для классификации белковых структур, идля выделения их главных, типических черт. рассматривая подробные картинки белков, вы все равно в уме выделяете такие типические черты, а схемы просто позволяют вам систематизировать ваше интуитивное выделение.кроме того, они дают возможность составить «словесный портрет» белка.На практике такие схемы и такие словесные портреты вам понадобятся сразу же, как только вы захотите выяснить, на кого похож интересующий васбелок: они подчеркивают главное, убирая детали.
конечно, эти «детали»166могут быть самыми важными для функционирования белка, и мы с этимвстретимся, но это обстоятельство только подчеркивает относительную независимость функции белка от мотива укладки цепи в нем. И «упаковки», и «мотивы укладки» цепи в белковую глобулу сосредотачивают наше внимание не просто на всевозможных (рыхлых, ажурныхи т. п.) комплексах из структурных сегментов, а лишь на тех, где они, этиструктурные сегменты, уложены плотно.
так мы очерчиваем те областиконфигурационного пространства, что соответствуют плотной (но без стерического перекрывания) упаковке белковой цепи в глобулу, т. е. окрестности достаточно глубоких минимумов энергии невалентных взаимодействий. Они дают возможность не только классифицировать уже известныебелковые структуры, но и предвидеть новые, еще не найденные в природе.Здесь уместно сделать пояснение. когда я буду говорить о классификации белковых структур, об их сходстве и т. д. — я буду иметь в виду нетривиальные вещи типа того, что все глобины похожи друг на друга, независимо от того, работают ли они в человеке или в миноге.
Это конечнотак, и белки можно классифицировать по филогенетическим семействам,внутри которых функции и, главное, аминокислотные последовательностибелков варьируют не слишком сильно. Однако часто сходными пространственными структурами обладают белки, эволюционно никак, по всемтестам, не связанные между собой. И вот это, чисто структурное (а не генетическое) сходство я буду подчеркивать. Начнем с изучения строения β-белков. β-структурные домены устроены,пожалуй, проще других: вытянутые участки цепи собраны обычно в два,реже — в несколько β-листов, уложенных друг на друга. Иными словами,«штабеля» вторичной структуры в β-белках выглядят довольно просто.В β-белках преобладает антипараллельная β-структура.так как белки собраны из асимметричных L-аминокислот, то вытянутыеучастки слегка скручены сами по себе: как вы помните, минимум энергиивытянутой конформации лежит на карте рамачандрана выше диагонали.В итоге объединения, при помощи водородных связей, скрученных β-участков влисты, определенным образом скручены и эти β-листы (рис.
13-5). Их поверхность напоминает пропеллер. Угол между смежными вытянутыми участкамиβ-листа составляет около –25°. Значит, этот пропеллер выглядит как левовинтовой, если смотреть на него поперек хода β-участков (см. рис. 13-5а). И то жескручивание является правовинтовым, если смотреть вдоль хода β-участков(см. рис. 13-5б). так обычно и делают — смотрят вдоль хода β-тяжей и говорят, что у β-листа — правопропеллерная скрученность.167Рис.
13-5. Лист β-структуры, вид поперек (а) и вдоль (б) β-тяжей. Лист имеетскладчатую поверхность (она подчеркивается выступающими с β-атомами) и,обычно, правопропеллерную (если смотреть вдоль тяжей) скрученность. Водородные связи между β-тяжами изображены тонкими линиями существует два основных типа упаковки β-листов: ортогональнаяи продольная (рис. 13-6а и 13-6б). В обоих случаях β-листы упакованы«лицом к лицу», и гидрофобное ядро домена заключено между ними, нов первом случае листы повернуты друг относительно друга сильно — наугол около 90° (плюс-минус 10–15°), а во втором — слабо, на –30° (плюсминус 10–15°); углы, лежащие вне этих двух диапазонов (в частности,углы около +30°), наблюдаются редко.При ортогональной упаковке (рис.
13-6а) β-участки скручены иобычно несколько изогнуты, так что общая форма «штабеля» начинает напоминать цилиндр с сильным наклоном β-участков к оси. такуюупаковку часто так и называют: β-цилиндром или β-бочонком, хотя вβ-цилиндрах, сложенных из антипараллельной β-структуры (в отличиеот β-цилиндров, сложенных из параллельной β-структуры, о которыхречь впереди), — сеть водородных связей часто разорвана (или надорвана) на противоположных боках бочонка, что позволяет довольно четко выделить два β-листа. В «закрытом» углу такой упаковки β-участкиобоих листов близко сходятся, так что цепь перетекает из листа в листценой изгиба и поворота на 90°: можно сказать, что единый β-лист согнут и уложен сам на себя.
В противоположных — «открытых» — углахβ-листы расходятся, а образующаяся щель обычно заполняется илиα-спиралью, или нерегулярными петлями, или активным центром, как вретинол-связывающем белке (рис. 13-7).168Рис. 13-6. Ортогональная (а) и продольная (б) упаковка β-листов. Вид сверху наупаковку β-листов (вверху) и вид с нижнего торца этой упаковки (внизу). На видесверху — приближение β-тяжа к читателю показано его (тяжа) расширением.Штрих-пунктир — ось ортогонального β-бочонка. На оси находятся оба «открытых»угла этой упаковки. Здесь β-листы наиболее раздвинуты. В двух других, «закрытых»углах листы наиболее сближены; здесь цепь изгибается и переходит из слоя в слой.При ортогональной упаковке гидрофобное ядро имеет приблизительно цилиндрическую форму.
В продольной упаковке, наоборот, ядро плоское, расстояние междускрученными листами меняется мало, а поворот одного листа относительно другого позволяет гидрофобным поверхностям лежащих друг над другом скрученныхβ-тяжей соприкасаться на большой длине. картинка, с небольшими изменениями,взята из C. Chothia & A.
V. Finkelstein, Annu. Rev. Biochem. (1990) 59:1007–1039Рис. 13-7. ретинол-связывающий белок: пример ортогонально упакованногоβ-листа. Ход цепи напоминает узор «меандр» (см. топологическую схему —плоскую развертку β-цилиндра — сбоку). На этой схеме β-тяжи изображеныстрелками. «Меандр» получается потому, что соседние по цепи β-тяжи являютсясоседями на поверхности цилиндра; они связаны водородными связями (связь,существующая между крайними β-тяжами 1 и 8, изображена на плоской разверткемаленькими черточками). ретинол-связывающий центр находится у оси цилиндра.сам ретинол изображен скелетной моделью.
Цифры на топологической схеме указывают порядок структурных сегментов в цепи169Рис. 13-8. Примеры продольной упаковки β-листов. Мотивы укладки цепи в доменеγ-кристаллина (а) (см. также рис. 13-2), в β-домене белка — катаболитического активатора (б) и в белке оболочки сателлитного вируса некроза табака (в). Внизу показаны топологические схемы этих белков. Все эти белки включают характерную топологию «греческого ключа» (или «согнутой пополам β-шпильки»), в которой четыресоседних по цепи β-тяжа антипараллельны, причем первый и четвертый связаныводородными связями.
На топологических схемах двухслойный β-сэндвич развернут(как разрезанный сбоку цилиндр) и выложен на плоскость. Место разреза выбранотак, чтобы подчеркнуть симметрию укладки цепи. так, в γ-кристаллине оно приходится на стык β-тяжей 3 и 8, подчеркивая сходство первой (тяжи 1–4) и второй (тяжи5–8) половин домена. сближением β-тяжей на схеме показаны Н-связи между ними;Н-связи между краями развертки (если они есть) показаны маленькими черточкамина краях. Увеличенный зазор между β-тяжами отделяет один β-лист сэндвича отдругого (если меж ними нет водородных связей). домен γ-кристаллина содержит повтор, два греческих ключа: из тяжей 1–4 и 5–8; и еще один греческий ключ образованβ-тяжами 4–7.
Изображенные на рисунках (б, в) белки содержат «ключи» из тяжей3–6 и 4–7. Более того, они имеют топологию многократно согнутой β-шпильки (онаобычно называется «рулет»): здесь Н-связи соединяют также β-тяжи 1 и 8, 2 и 7 — вдополнение к связям тяжей 3 и 6, 4 и 5, типичным для «греческих ключей». Обратите внимание, что топология «греческого ключа» позволяет белковой цепи окружитьядро глобулы лучше, чем позволяет «меандр» (см.
рис. 13-7): не только β-структуройс боков, но и петлями сверху и снизу. Обычно продольные упаковки β-листов представляют собой β-сэндвич (а, б), но некоторые из них (например — белка оболочкисателлитного вируса некроза табака и белков оболочки ряда других вирусов) можнопредставить также в форме β-цилиндров с коллинеарными β-тяжами (в)170 Продольная упаковка (рис. 13-6б) характерна для листов, которые лишьскручены, как пропеллер, но не изогнуты дугой. такую упаковку обычноназывают β-сэндвичем.
торцы β-сэндвича прикрыты нерегулярными петлями (вы это видите на рис. 13-8). В некоторых β-сэндвичах крайние тяжиβ-листов столь сближены (иногда они даже соединены несколькими водородными связями), что эта упаковка принимает форму цилиндра с малымнаклоном β-участков к оси.Необходимо подчеркнуть, что мотивов укладки белковой цепи имеетсягораздо меньше, чем известных белковых глобул, а типов «штабелей» —гораздо меньше, чем мотивов укладки белковой цепи. Одному и тому же«штабелю», т. е. одной и той же упаковке структурных сегментов могутсоответствовать разные мотивы укладки цепи в глобулу, т. е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
