А.В. Финкельштейн, О.Б. Птицын - Физика белка - Курс лекций с цветными и стереоскопическими иллюстрациями и задачами (1123404), страница 36

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

Текст из файла (страница 36)

Обратите внимание, что редко встречаются все топологии со «смешанной» (анти- и параллельной) β-структурой и всетопологии с перекрещиванием петель175Отметим также, что «наложение» петли на петлю (или, как говорят,«пересечение петель») встречается редко (такое исключение из правил показано на рис. 13-10б, снизу), видимо, потому что при этом петли должныдополнительно изгибаться (чтобы избежать столкновения или дегидратации), что опять-таки энергетически невыгодно.

Избегание наложенияпетель — общее структурное правило, наблюдающееся в белках.В результате, из многих изображенных на рис. 13-14 возможных конфигураций β-листа, сложенного из единого куска цепи, по-настоящемучасто встречаются лишь три мотива: «меандр» и два «греческих ключа»(они подчеркнуты на рисунке) — именно эти мотивы свободны от всех отмеченных выше недостатков.«Меандр» — это, кстати, имя очень извилистой реки в Греции — характерен тем, что соседние по цепи β-тяжи являются также ближайшимисоседями в пространстве (см. рис.

13-8); обычно (но не всегда) они связаныводородными связями. «Греческий ключ» (такой орнамент можно увидетьна старых вазах и садовых решетках) характерен тем, что четыре соседнихпо цепи β-тяжа антипараллельны, причем первый и четвертый связаны водородными связями. При этом на самом деле второй и/или третий β-тяжи«ключа» часто лежат не в том же (как может показаться из рис. 13-14), а в другом β-листе.

При этом в пространстве образуются различные структуры —так называемые «abcd» структуры Ефимова — с одной и той же топологией греческого ключа (рис. 13-15). Найдите их на рисунках 13-8, 13-10.Рис. 13-15. различные пространственные «abcd» структуры Ефимова с топологиейгреческого ключа. Обратите внимание на правый ход суперспирали, состоящей издвух параллельных β-тяжей одного β-листа и лежащего между ними в цепи β-тяжадругого листа (т. е.

на сложенную из β-тяжей суперспираль b-c-d на второй слевавнизу и на суперспираль a-b-c на второй справа внизу схемах). Именно такое,«правовинтовое», соединение параллельных β-тяжей одного β-листа типично длябелков; обратное, «левовинтовое», встречается очень редко Все такие характерные, часто встречающиеся в белках структуры(шпильки, меандр, греческий ключ, abcd структуры и т. д.), сложенные изсоседних по цепи элементов β (и/или α) структуры, часто называют «супервторичными» структурами.176Лекция 14строение α-белков. Пучки и слои спиралей. Модель квазисферической глобулы из α-спиралей. Плотная упаковка при контактеα-спиралей.

строение α/β-белков: параллельный β-слой, прикрытый α-спиралями, и α/β-цилиндр. топология β-α-β-субъединиц.строение α+β-белков. Отсутствие прямой связи архитектуры белкас его функцией.Перейдем теперь к α-белкам — белкам, сложенным из α-спиралей. Ихтруднее классифицировать, чем β-белки. дело в том, что взаимное расположение β-участков в листах поддерживается водородными связями вглавной цепи (а она — повсюду одинакова), в то время как расположениеα-спиралей в глобуле поддерживается плотной упаковкой их боковыхгрупп, которые весьма разнообразны по размеру. Поэтому α-спирали неуложены в такие более или менее стандартные листы, как β-тяжи. Проще других устроены те α-белки, где α-спирали длинны.

такие спирали образуют пучки: они лежат (почти) параллельно или антипараллельно (в общем, «коллинеарно») друг к другу. с пучками спиралей мы ужевстречались в фибриллярных и мембранных белках.На рис. 14-1 показаны три четырехспиральных α-белка. Эти, столь похожие между собой белки исполняют разные функции: один из них, цитохром,связывает электрон; другой (гемэритрин) связывает кислород, а третий (белок оболочки вируса табачной мозаики) связывает гораздо более крупныемолекулы — другие оболочечные белки и рНк.

В первых двух случаяхкакую-то общность действия проследить можно, так как оба белка что-топереносят в дыхательной цепи. Правда, сходство здесь весьма отдаленное:в цитохроме полипептид, а именно о его укладке идет речь, связывает гем,гем — ион железа, а уж оно-то и хватает электрон; а в гемэритрине полипептид связывает железо непосредственно, без гема, — и уже два иона железа,а не один, — которые и хватают кислород.

Итак, у гемэритрина и цитохроманекую общность функции, пусть с большой натяжкой, но можно найти, но,конечно, у их действия нет ничего общего с действием рНк-связывающего177белка оболочки вируса, несмотря на очень сходную архитектуру структурного каркаса, четырехспирального пучка. Причем сходство распространяется не только на архитектуру — четырехспиральный пучок — но и на ходцепи сквозь эту архитектуру, т. е. на мотив укладки цепи.

Последнее подчеркивается общей для всех трех белков топологической схемой, приведеннойвнизу рисунка (схема изображает вид пучка с торца).Рис. 14-1. три сходных по архитектуре («четырехспиральный пучок»), но разныхпо функции α-спиральных белка: цитохром c′, гемэритрин и белок оболочки вируса табачной мозаики. Показана как белковая цепь, так и кофакторы: скелетные модели — гем (в цитохроме) и фрагмент рНк (в белке оболочки вируса), шарики —ионы железа (в геме цитохрома и в гемэритрине) и связанный железом кислород(в гемэритрине). Общая архитектура таких «пучков» напоминает коллинеарнуюупаковку β-листов. На топологической схеме (внизу) дан вид на белок «снизу»(с торцов структурных сегментов).

кружки — торцы α-спиралей. крестик соответствует N-концу сегмента (т. е. он «идет от нас»), точка — его с-концу (т. е. он «идетк нам»). Показан ход петель, соединяющих структурные сегменты: черной линией,если петля обращена к нам, и светлой, если она находится на противоположнойстороне укладки. Цифры на схеме указывают порядок структурных сегментов вцепи (от N- к C-концу цепи)Итак, при одинаковом мотиве укладки цепи белки могут работать совсемпо-разному. А вот гемэритрин и классический кислород-связывающий белок миоглобин (рис.

14-2) делают одно и то же дело (только первый — вчервях, а второй — в хордовых, в том числе и в нас с вами), но их архитектуры совсем непохожи, за исключением того, что оба они — α-белки. Но178в гемэритрине все α-спирали лежат параллельно, а в миоглобине спиралиорганизованы в два перпендикулярных слоя. Это — еще один пример того,что сходная функция может осуществляться белками с разной архитектурой, а белки одинакового устройства могут заниматься совсем разнымделом.Рис.

14-2. структура глобина: скрещенные слои по три α-спирали в каждом. спирали A, E и F (они занумерованы буквами по порядку нахождения в цепи) находятся в верхнем слое, спирали H, G и B — в нижнем. короткие (из 1–2 витков каждая)спирали с и D не изображены, так как они не консервативны в глобинах. В щеливерхнего слоя находится гем. такие «скрещенные слои» напоминают ортогональную упаковку β-листов. [Ортогональный контакт спиралей В и Е особенно плотен,так как в нем образованная в месте нахождения глицина: вмятина на поверхностиодной спирали входит в такую же вмятину на поверхности другой.]Я, как и раньше, хочу привлечь ваше внимание к нетривиальным случаям малой связанности структуры и функции белка, понимая, что вы итак знаете, что родственные белки — например, миоглобин и другие глобины — похожи по строению и занимаются одним и тем же делом.сравнивая миоглобин с гемэритрином, я хочу обратить ваше вниманиееще на то, что активный центр обоих этих белков (в первом случае этотцентр — гем с ионом железа внутри, во втором — два иона железа) — этотцентр локализован в «архитектурном дефекте» структуры — в данномслучае, в щели между раздвинутыми спиралями. рассмотренные выше «пучки» типичны для упаковки весьма длинныхα-спиралей.

Они встречаются как в водорастворимых глобулярных белках, так и в фибриллярных и в мембранных белках. При этом ядро белка,заключенное между α-спиралями (гидрофобное — в водорастворимых179глобулярных и фибриллярных белках, гидрофильное — в мембранных),имеет вытянутую, квазицилиндрическую форму. «скрещенные слои» также образуются довольно длинными спиралями; такие упаковки обладаютплоским гидрофобным ядром. Однако для относительно коротких спиралей, типичных для глобулярных белков — их длина обычно составляет около 20 Å при диаметре10 Å — более характерна квазисферическая укладка спиралей вокруг «квазишарового» гидрофобного ядра, сложенного из сидящих на этих спиралях боковых групп.типичная упаковка спиралей в глобулярном белке показана на рис. 14-3.Ее нельзя описать в терминах параллельной и перпендикулярной упаковкиспиралей — большинство межспиральных контактов имеет угол около 40–60°.Однако и такие сложные укладки можно неплохо описывать и классифицировать при помощи модели «квазисферических многогранников», которуюА.

Г. Мурзин и А.В.Ф. предложили более 20 лет назад. для примера покажу(рис. 14-4), как эта модель описывает только что показанную (на рис. 14-3)α-спиральную глобулу. Эти два последних рисунка, кстати, взяты из опубликованной в Nature рецензии на вышеупомянутую работу А.Г.М. и А.В.Ф.Рис. 14-3. типичная упаковка спиралей в глобулярном белке: N-концевойдомен актинидина (ход петель прослежен очень грубо). Обратите внимание, что архитектуру этого доменаневозможно описать в терминах коллинеарных и ортогональных упаковокα-спиралейРис. 14-6. Построение многогранника для описания упаковки спиралей. (а) компактная упаковка трех α-спиралей (цилиндров — 10 Å в диаметре — с осями).(б) Построение многогранника: центр упаковки окружается сферой радиусом в10 Å; ее пересечение с осями спирали дает вершины многогранника.

На трех изего ребер лежат оси спиралей. те части ребер, что лежат внутри сферы, оставленытемными. точки пересечения осей со сферой образуют вершины многогранника.каждой вершине соответствует одна половинка одной спирали. Оси спиралей образуют часть ребер многогранника, а прочие ребра описывают контакты спиралейРис. 14-4.

Характеристики

Список файлов лекций