А.В. Финкельштейн, О.Б. Птицын - Физика белка - Курс лекций с цветными и стереоскопическими иллюстрациями и задачами (1123404), страница 35
Текст из файла (страница 35)
эти сегментымогут быть по-разному связаны единой полипептидной цепью. рисунок 13-8показывает, как один и тот же β-сэндвич (при различной топологии, т. е.при различном ходе цепи через этот сэндвич) служит основой структурытрех разных белковых доменов — домена γ-кристаллина (а), β-доменабелка — катаболитического активатора (б), а также белка вирусной оболочки (в). Причем два последних белка имеют даже одинаковый мотивукладки цепи — т. е. в них цепь одинаково проходит через одинаковыйβ-структурный штабель (это подчеркивается горизонтальной фигурнойскобкой на рисунке 13-8)! Примеры такого сходства структур при отсутствии какой-либо другойвидимой связи между белками очень многочисленны.Здесь я не могу удержаться от искушения показать вам еще один белок,в основе которого лежит β-сэндвич.
Это — иммуноглобулин, точнее — так(или примерно так) устроен каждый домен этого большого белка (рис. 13-9).Подобным же образом уложены цепи белков примерно пятидесяти (!)других суперсемейств (хотя часть из них и отвечает, как иммуноглобулин, заспецифическое связывание каких-то объектов, например, при межклеточномузнавании). В некоторых из этих суперсемейств, правда, наблюдаются небольшие отличия от «стандартной» структуры, изображенной на рис.
13-9.так, в одних β-тяж 1 образует параллельную β-структуру с тяжом 7(и даже может потерять связь с тяжом 2); в других — β-тяж 4 так же переползает к тяжу 3 от β-тяжа 5; в третьих — в перемычке между β-тяжами3 и 4 образуется добавочная β-шпилька. Но остов укладки, состоящий изβ-тяжей 2, 3, 5, 6, 7, остается неизменным.Помимо удовольствия показать вам столь популярный мотив укладкицепи, я преследую еще одну цель: показать, что мотив строения белка сболее или менее коллинеарной упаковкой структурных сегментов прощевсего отражается схемой, представляющей вид с торца на такой белок.171Рис. 13-9. Продольная упаковка β-листов в константном домене легкой цепи иммуноглобулина k.
слева представлена подробная картина белка. На топологическойсхеме (справа вверху) подчеркнуты «греческие ключи». На рисунке справа внизудан вид на белок «снизу» (с торцов структурных сегментов). Прямоугольники —торцы β-тяжей. крестик соответствует N-концу сегмента (т. е. он «идет от нас»),точка — его с-концу (т. е.
он «идет к нам»). Ход петель, соединяющих структурные сегменты, показан черной линией, если петля обращена к нам, и светлой, еслиона находится на противоположной стороне укладки. Обратите внимание, что такая схема позволяет представить коллинеарную упаковку этих сегментов (β-тяжей)наиболее просто. кроме того, она дает возможность увидеть пространственноестроение «греческих ключей» и заметить, что два имеющихся «ключа» (из тяжей2, 3, 4, 5 и 3, 4, 5, 6, соответственно) в пространстве организованы по-разному.структура, образованная двумя перекрывающимися (так, как на этом рисунке) греческими ключами, иногда называется «полным греческим ключом»Вернемся к ортогональной упаковке β-листов.
рисунок 13-10 показывает, как один и тот же β-цилиндр (при различной топологии, при различномходе цепи через ортогональную укладку β-листов) служит основой и сериновой протеазы типа трипсина или химотрипсина (а), и протеазы кислой,типа пепсина (б). Выше мы рассмотрели наиболее показательные «базовые» конструкции β-белков. Есть и другие «базовые конструкции» — например, «многозаходный пропеллер».В «пропеллере» нейраминидазы (рис. 13-11) шесть наклонно уложенныхβ-листов образуют розетку (в других белках бывает до восьми β-листов). Еслирассматривать эти листы попарно, они образуют β-сэндвичи, так что «пропеллер» часто описывают как суперцилиндр, сложенный из β-сэндвичей.172Рис.
13-10. Мотив укладки цепи в сериновой протеазе типа химотрипсина (слева)и в кислой протеазе (справа). В последнем белке петли укорочены и изображеныдовольно схематично. Показаны схемы ортогональной упаковки β-листов в этихбелках, а также топологические схемы β-листов. Эти листы согнуты (при изгибекрая листов уходят от читателя и смыкаются; возникающая при этом водороднаясвязь краев β-листа изображена черточками); места перегибов β-тяжей соответствуют их более светлым частям. «Греческий ключ» в трипсине подчеркнутВо «вмятине» на оси этого суперцилиндра — вы видите, что она неприкрыта петлями, — находится активный центр.
В ретинол-связывающембелке мы уже встречались с таким расположением активного центра — вовмятине в центре цилиндра, и мы встретимся с ним еще. Интересна также, прежде всего своей регулярностью, конструкция типа«β-призмы» или (другое название) «β-спирали» (рис. 13-12). три грани такойпризмы образованы тремя β-листами — причем паралельными! — а цепьпроходит сквозь них по спирали, непрерывно переходя из одного листа в другой. При этом она как бы навивается на ось призмы, образуя либо обычнуюпри соединении параллельных β-тяжей правую спираль, либо (в других призмах) спираль левую, исключительно редкую при соединении β-тяжей.173то, что «примесь» параллельной к антипараллельной β-структуредовольно мала, в общем, не удивительно, так как они имеют несколькоразные конформации, так что их стык должен быть энергетически невыгодным. В какой мере энергетическая невыгодность структуры сочетаетсяс относительной редкостью ее встречаемости, об этом мы поговорим наодной из ближайших лекций; однако в целом ясно, что стабильная система — а белок стабилен — должна состоять в основном из стабильных жеэлементов и избегать внутренне нестабильных.Преимущественно же антипараллельный характер β-листов в β-белкахтесно связан с тем, что их архитектура обычно основана на β-шпильках(рис.
13-13). такие шпильки часто бывают согнуты пополам, а иногда —согнуты дважды или даже трижды (как на рис. 13-8б, в).Рис. 13-11. β-структура в форме «шестилопастного пропеллера» в нейраминидазе.Внизу — схема топологии этого белка, состоящего из шести антипараллельныхβ-листов. картинка, с некоторыми изменениями, взята из [5]Рис. 13-13.
Антипараллельные β-шпильки. согнутые шпильки характерны длякраев β-белков, зацепленные пары — для середин этих белковРис. 13-12. β-призма в ацилтрансферазе (а) и в пектатлиазе с (б). Обратите внимание на разную закрученность цепи вокруг длинной оси призмы: необычную, левуюна рисунке (а) и обычную, правую — на рисунке (б), а также на то, что при левойзакрученности цепи отсутствует обычная (правопропеллерная, если смотретьвдоль β-тяжей, см. рис. 13-12б и рис. 13-5–13-11) скрученность β-листадостойно внимания, что в некоторых примитивных рыбах (например,миногах) роль иммуноглобулинов исполняют белки, построенные не наклассической иммуноглобулинововой укладке (см.
рис. 13-9), а на β-призмах. теперь уместно поговорить о топологии β-белков. Прежде всего обращает на себя внимание то, что β-белки сложены преимущественно изантипараллельной β-структуры. Большинство рассмотренных нами до сихпор β-белков состояло из чистой антипараллельной β-структуры. Поройк ним примешивается небольшое количество параллельной (см. рис. 1310б). Очень редко, но бывают белки, сложенные из чисто параллельнойβ-структуры (см. рис. 13-12).174Петли, соединяющие β-участки, обычно имеют вход и выход на одноми том же краю укладки (т.
е. они не пересекают «штабель», а прикрываютего торец). Это видно почти на всех рисунках. При этом петли, даже еслиони длинны, чаще всего соединяют близкие между собой в пространствеконцы β-участков. Поэтому соседние по цепи β-участки, как правило, непараллельны и часто образуют антипараллельные β-шпильки.Рис. 13-14.
Возможные топологии листов из четырех β-участков. Показаны тольколисты, где каждые два подряд (в цепи) идущих β-участка направлены в противоположные стороны. Из этих топологий часто встречаются только «меандр» (подчеркнут одной чертой) и два (подчеркнуты двойной чертой) «греческих ключа»(они различаются тем, лежит ли тяж 1 внутри «ключа» или на его краю). Примербелка с меандром — ретинол-связывающий белок (см. рис. 13-7); примеры белковс «греческим ключом» — изображенные на рис. 13-8–13-10 (причем в одном и томже белке часто есть «ключи» обоих типов).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
