А.В. Финкельштейн, О.Б. Птицын - Физика белка - Курс лекций с цветными и стереоскопическими иллюстрациями и задачами (1123404), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Вид с торцаα-спиралей (изображенных — с торца — в виде квадратиков, для подчеркиванияплотности упаковки глобулы) и β-тяжей (при виде с торца — прямоугольников).α-спирали и β-тяжи не могут лежать в одном слое — это привело бы к дегидратации водородных связей на краю β-листа (доноры и акцепторы водородных связейв β-листе изображены черными точками)различают α/β («α дробь β») и α + β («α плюс β») белки (точнее — домены). Иногда их объединяют в общий разряд α&β (т. е. «α и β»), или α – βбелков.В α/β доменах β-структура — параллельная, и α-спирали также параллельны друг другу (и антипараллельны β-участкам), а характерное чередование α- и β-участков в цепи имеет вид -α-β-α-β-α-...Есть два наиболее характерных мотива строения α/β-белков:α/β-цилиндр, где β-цилиндр лежит внутри цилиндра, сложенного изα-спиралей (рис.
14-11а), и «укладка россманна», где более или менееплоский (не считая обычного — правого, если смотреть вдоль β-тяжей —пропеллерного скручивания) β-слой лежит между комплементарно емускрученными слоями α-спиралей (рис. 14-11б). В отличие от ранее рассмотренных доменов, α/β-домены обычно имеют два гидрофобных ядра:в укладке россманна — между β-листом и каждым из слоев спиралей;в α/β-цилиндре — внутри β-цилиндра (меньшее ядро) и между β- иα-цилиндрами (большее).кстати, встречаются и α/β_почти_цилиндры — «недосвернутые», незамкнутые в кольцо (и, значит, не имеющие гидрофобного ядра, укрытоговнутри β-цилиндра). Их называют «α/β-подковами», и в них насчитывается по полтора десятка α/β-повторов.Однако обычно в α/β-цилиндре насчитывается восемь α- и восемьβ-участков, причем почти все α/β-цилиндры имеют одинаковую топологию:все соседние и расположенные через один по цепи β- и α-участки контакти-186Рис.
14-11. типичные мотивы строения α/β-белков и их упрощенные модели (видна модели — с торца β-слоя): «α/β-цилиндр» в триозофосфатизомеразе (а); «укладка россманна» в NAD-связывающем домене малатдегидрогеназы (б). На детальнойкартинке в первом белке видна обращенная к нам впадина, образованная расходящимися в форме розетки петлями; она идет к центру β-цилиндра. Во втором —слева вверху видна щель между расходящимися вниз и вверх от β-листа петлямиБез общности функций — да; без общности в строении активногоцентра — да; но не без общности места активного центра в архитектуреглобулы — каждая архитектура содержит места (обычно — впадины), какбы специально созданные этой архитектурой для активного центра — чтобы он ни делал. Я хочу обратить ваше внимание на «воронку» на оси α/β-цилиндра(рис. 14-12а) — вы видите, что эта вмятина, заложенная в общей архитектуре белка, в самoм мотиве укладки его цепи, не прикрыта петлями.
Здесьнаходится активный центр. точнее: из двух таких «воронок», расположенных на противоположных торцах α/β-цилиндра, под активный центр используется только одна — та, куда смотрят с-концы β-участков и N-концы187α-спиралей. считается, что именно эти концы (возможно, из-за множестваоткрытых NH-групп N-концов спиралей), вместе с соединяющими ихкороткими петлями, особенно пригодны для связывания разнообразныхсубстратов. Впрочем, этот вопрос еще недостаточно ясен.регулярным (но с иным, чем в α/β-белках) чередованием α- и β-участковв цепи и в пространстве.
Белки другого класса («собственно» α + β-белки)не имеют такого чередования, в их цепях α-структура «отмешана» отβ-структуры.Характерное чередование α- и β-участков в цепи αβ-складки имеетвид ...α-β-β-α-β... или ...α-β-β-β-β-α-β-β... (рис. 14-13). Здесь отдельныеα-спирали лежат между β-шпильками или β-листами из четного числаβ-тяжей. соседние по цепи β-участки в αβ-складках образуют антипараллельные β-шпильки; а из-за четного (а не нечетного, как в α/β-белках)числа β-тяжей между α-спиралями и из-за общей коллинеарности этихтяжей α-спиралям, α-спирали также образуют антипараллельные шпильки.
Интересно, что такая (или, точнее, сходная αββαββ) «складчатая» конструкция белка была сначала теоретически предсказана (точнее, предложена в качестве проекта белково-инженерного дизайна), а затем уже такиеархитектуры были массово обнаружены в природе, причем их оказалосьособенно много среди ферредоксинов и… рНк-связывающих белков.Рис. 14-12. типичное положение активного центра (active site) в α/β-белках: в «воронке» на оси α/β-цилиндра (а), и в щели (crevice), образованной расходящимисяпетлями в «укладке россманна» (б). картинки, с разрешения, взяты из [5]Аналогичное размещение активного центра — в щели, во вмятине,причем во вмятине, куда тоже смотрят с-концы β-участков и N-концыα-спиралей, — наблюдается и в «укладках россманна».
только здесь вмятина образуется не при расхождении петель от центра цилиндра, а прирасхождении петель, одна часть которых идет от β-листа к спиралям, лежащим под листом, а другая — над этим листом (рис. 14-12б).Внутренний голос: только не надо думать, что активный центр всегдапомещается в такой очевидной вмятине. Это бывает часто, но далеко невсегда!Лектор: Верно. как правило (в ~80 % случаев), активный центр находится в самой большой вмятине на глобуле, а она, как правило, определяется архитектурой образованного вторичными структурами скелета этойглобулы. Но много раз, уже зная полную пространственную структуру белка, на нем долго, и не всегда успешно, искали этот самый активный центр… теперь перейдем к α + β-белкам.
В их основе лежит антипараллельная(а не параллельная, как в α/β-белках) β-структура.В α + β-белках выделяются два класса. Белки одного класса (их поройназывают αβ-складками, “αβ-plaits”) напоминают α/β белки тем, что вних слой α-спиралей лежит на β-листе. Они напоминают α/β-белки также188Рис. 14-13. Один из типичных мотивов строения α + β-белка: «αβ-складка» (αβ-plait)в рибосомальном белке S6. αβ-складка отличается более регулярным, чем в «собственно» α + β-белках, чередованием вторичных структур в цепи (в данном случаеβαββαβ; это — так называемая «ферредоксиновая укладка»).
справа помещена схема строения этого белка (вид с торца структурных участков, приблизительно коллинеарных). спирали занумерованы буквами. «+» на торце α- или β-участка означает, чтоон идет от нас (т. е. что к нам обращен его N-конец), точка — что к намВ «собственно» α + β-доменах (рис. 14-14) α- и β-участки расположены вцепи нерегулярно, и скорее — как бы блоками. такие белки обычно выглядят как β-лист (часто — загнутый сам на себя и образующий субдомен),прикрытый отдельными α-спиралями или α-спиральным субдоменом;β-структура в α + β-доменах — в основном антипараллельная, как в «чистых» β-белках.189На следующей лекции мы увидим, что такой ход перемычки обычноспособствует стабилизации белка и, тем самым, позволяет большееразнообразие кодирующих, т. е. стабилизирующих такую структурупоследовательностей, а потому этот ход и наблюдается чаще. Завершая беглый обзор структур глобулярных белков, хочется ещераз подчеркнуть, что одни и те же — или очень похожие — архитектурычасто встречаются в белках, совсем не сходных функционально илифилогенетически.
Это открытие заложило основы физической, илирациональной (как это чаще называется в литературе), классификациибелков. Об этом мы также поговорим на следующей лекции.Рис. 14-14. Характерный мотив строения α + β-белков: нуклеаза стафиллококка.«собственно» α + β-белки отличаются менее регулярным, чем в α/β-белках илиαβ-складках, чередованием вторичных структур в цепи (в данном случае βββαββαα).Мотив укладки цепи, наблюдаемый в β-домене нуклеазы, называется «ОБукладка» (“OΒ-fold”, т. е.
“Oligonucleotide-Binding fold”). справа помещена схемастроения этого, часто встречающегося в разных много- и однодоменных белках,β-структурного ОБ-домена (вид сверху на ортогональную упаковку β-участков).β-тяжи занумерованы цифрами. Первый β-тяж согнут (в сущности, сломан); двеего половинки носят номера 1 и 1′. Обратите внимание на «эффект матрешки»(“Russian doll effect”): одна типовая структура (ОБ-укладка) составляет часть другой, тоже типовой структуры (нуклеазной укладки) Очень характерной чертой α/β- и α + β-белков (а равно и β-белков) является правовинтовой (т.
е. «к нам — против часовой стрелки») ход перемычек(рис. 14-15) между параллельными β-участками одного и того же β-листа,следующими друг за другом в цепи (но не обязательно притом соседнимив этом листе) (см. рис. 14-11 и далее). При этом перемычка между такимипараллельными β-участками в α/β- и α + β-белках, как правило, включает в себя α-спираль. В β (и порой в α + β) белках в такой правовинтовойперемычке между параллельными β-участками одного листа лежит — выдолжны помнить из прошлой лекции («abcd» структуры и т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
