А.В. Финкельштейн, О.Б. Птицын - Физика белка - Курс лекций с цветными и стереоскопическими иллюстрациями и задачами (1123404), страница 75
Текст из файла (страница 75)
картинки, с небольшими упрощениями, взяты из B. I. Dahiyat &S. L. Mayo, Science (1997) 278:82–86 Однако, по-видимому, и задача рационального дизайна плотной упаковки может быть решена. Имея хороший алгоритм компьютерного перебораастрономического числа возможных упаковок боковых групп и отсечениябесперспективных вариантов, расчет плотной упаковки (для маленькогобелка) может быть проведен.По крайней мере, дахийат и Майо его провели и создали в 1997 г.твердый (без всякого дополнительного комплексообразования с ионом)маленький белок (см.
рис. 23-9). Этот белок был создан на основе архитектуры «цинкового пальца» (широко распространенного дНк-связывающегомотива) — но без иона Zn, держащего архитектуру природного цинковогопальца. При этом искусственный белок FSD-1 дахийата и Майо имееточень невысокую (20 %) гомологию с природным цинковым пальцеми лишен цинк-связывающего центра.
И тем не менее он тверд при низкихтемпературах (его структура исследована при помощи ЯМр). Однако онплавится в довольно широком температурном диапазоне, т. е. заметно менее кооперативно (см. рис. 23-9г), чем аналогичные ему природные белки. кроме белков, основанных на природных архитектурах, конструируются искусственные белки, чьи архитектуры не имеют природных аналогов.В основу искусственного белка альбебетина (рис.
23-10а), сконструированного в нашей группе и полученного А. Н. Федоровым, д. А. долгих348Рис. 23-10. конструируемая пространственная структура альбебетина (а) и схемаэкспериментально определенной пространственной структуры рибосомального белка S6 (б). Внизу показаны схемы топологий этих белков. для S6 показанатакже искусственно введенная пермутация — разрезание петли (Х) и соединениеисходных N- и с-концов (N–C). такая пермутация придает ему архитектуру, сконструированную для альбебетинаЕще один белок со структурой, запланированной для альбебетина,был получен другим методом: при помощи циркулярной пермутации природного белка S6 (он, как и ряд других белков с недавно расшифрованнойпространственной структурой, имеет ту же укладку структурных сегментов,что была разработана для альбебетина, но эти сегменты по-иному соединены белковой цепью, см.
рис. 23-10б). Полученный белок обладает твердой,кооперативно плавящейся пространственной структурой (рис. 23-11б).Недавно альбебетин был использован в качестве носителя функциональной активности. В него — точнее, в новый белок, названный альбефероном, — был включен фрагмент 131–138 цепи интерферона α2 человека,способный активировать бласт-трансформацию тимоцитов. собственноговоря, активацию делает именно этот фрагмент интерферона, а остальная, уложенная в глобулу цепь этого белка служит как бы ножнами, она349 а ФИЗИЧЕскИЕ ОсНОВЫФУНкЦИОНИрОВАНИЯ БЕЛкОВ бРис.
23-11. (а) спектр кд альбебетина (– – –) и альбеферона ( — ); (б) криваямикрокалориметрического плавления пермутированного, с целью придания емутопологии альбебетина, белка S6. картинки, с небольшими изменениями, взятыиз D. A. Dolgikh, A. E. Gabrielian, V. N. Uversky & M. P. Kirpichnikov, Appl. Biochem. & Biotech. (1996) 61:85–96 и из Z. Kh. Abdullaev, R. F. Latypov, A. Ya. Badretdinov,D. A. Dolgikh, A. V. Finkelstein, V.
N. Uversky & M. P. Kirpichnikov, FEBS Letters(1997) 414:243–246, соответственнозащищает фрагмент 131–138 от раскусывания и не дает ему действоватьслишком уж активно. Опыты показали, что так же работает и альбеферон. работы по функционально-активным искусственным белкам ведутсяво многих группах.
создаются модели фибриллярных белков на основе длинных спиральных пучков. создана первая «работающая» модельмембранного белка из амфифильных (гидрофобно-гидрофильных) спиралей: эти спирали образуют ионные каналы, причем точечные мутацииспособны резко менять их селективность. дали функциональный «белок»и α-спиральные полипептиды, химически пришитые к гему. В общем, в настоящее время белки стремительно превращаются из объекта почтительного и изумленного наблюдения в предмет активной инженерной деятельности (но изумление остается…).Лекция 24Функция белка и его структура.
Элементарные функции. связывающие белки: дНк-связывающие белки, иммуноглобулины. Ферменты. Активный центр — «дефект» глобулярной структуры. твердостьбелка важна для элементарной ферментативной функции. каталитический и субстрат-связывающий центры. Ингибирование. кофакторы. Многовалентные ионы.
Механизм ферментативного катализа.Пример: сериновые протеазы. теория переходного состояния в катализе и ее подтверждение методами белковой инженерии. Абзимы.специфичность катализа. Узнавание «ключ-замок».Эту лекцию я посвящу функционированию белков.Об этом можно говорить очень много. Я, однако, буду говорить толькоо физических основах работы белков. Мой рассказ даст вам несколькокартинок из жизни работающих белков — картинок, подчеркивающих значение пространственной организации белков для их функции. Некоторыекартинки такого рода уже встречались в предыдущих лекциях, в частности, когда я говорил о мембранных белках.
сегодня я буду говорить толькоо белках глобулярных, водорастворимых. Очень грубо, общую схему функционирования белка можно представить в следующем виде: СВЯЗАТЬ → ТРАНСФОРМИРОВАТЬ → ОТПУСТИТЬ.Уточню: некоторые белки делают только часть из этих действий; слова«СВЯЗАТЬ» и «ОТПУСТИТЬ» могут подразумевать связывание и отпуск нескольких разных молекул; а слово «ТРАНСФОРМИРОВАТЬ» может означать и химическую трансформацию, и изменение конформации350351(как самого белка, так и субстрата), и/ или перемещение (белка или субстрата) в пространстве. Начнем с белков, чья основная функция — «СВЯЗАТЬ».
к ним относятся, например, дНк-связывающие белки.для связывания с дНк поверхность белка — причем на большом протяжении — должна быть приблизительно комплементарна поверхностидвойной спирали (рис. 24-1а). тогда выступы белковой поверхности смогутглубоко внедриться в желобок дНк, и уже там его боковые группы смогутпровести тонкое опознание конкретной дНковой последовательности (рис.24-2) и связаться с той, для которой этот белок предназначен. Все показанныебелки на рис. 24-1 — димеры, и именно в такой форме они комплементарныдНковому дуплексу. При этом две одинаковые дНк-опознающие α-спиралитакого димера узнают палиндром в двойной спирали дНк, т.
е. такую паруучастков в дНковом дуплексе, которая одинаково выглядит при переворотена 180о относительно перпендикулярной к дНк оси, напримерЗдесь «–» означают произвольную последовательность дНк междудвумя половинами палиндрома, а «•» — ось переворота.àбРис. 24-1. (а) структура дНк (слева) и ряда белков, обладающих характернымдНк-связывающим мотивом «спираль-изгиб-спираль» (он выделен серым цветом).
для белка-активатора катаболитического гена (сАр — catabolite gene activatorprotein) показан только его с-концевой домен. Все эти белки димерны, и все ониопознают большой желобок дНк своими спиралями α3 (αF у сАр), расстояниемежду которыми в димере близко к периоду двойной спирали дНк (33,8 Å). картинки B. W. Matthews взяты, с разрешения, из [6].
(б) Изгибание дНк (более светлая спираль слева) связавшимся с ней димерным сАр-белком (справа, черный).связывание его с дНк требует присутствия циклоАМФ352Рис. 24-2. Характерные узоры, создаваемые разными функциональным группамиA–T и C–G пар в большом и малом желобках дНк. картинка, с разрешения, взятаиз [5]дНк-связывающие α-спирали в таком белковом димере антипараллельны друг другу, а расстояние между ними близко к периоду двойнойспирали дНк, так что димер садится на один бок двойной спирали дНк.Однако разный угол наклона этих α-спиралей к соединяющей их центрыоси приводит к тому, что все эти белки по-разному изгибают дНк при связывании.
Порой такой изгиб, индуцированный связыванием, довольно велик (рис. 24-1б).Иногда связывание белка с дНк требует наличия кофакторов, которыеизменяют — точнее, слегка деформируют — структуру белка и переводятего из неактивной формы в активную.так, в trp-репрессоре (он — в E. coli — репрессирует оперон, отвечающий за синтез рНк, кодирующей белки, необходимые для синтезатриптофана) — таким кофактором (точнее, корепрессором) является самтриптофан (рис.
24-3). Пока триптофан не связался с белком, расстояниемежду дНк-связывающими спиралями в димере trp-репрессора слишкоммало (около 28 Å вместо необходимых 34 Å), так что тот не может связать дНк. триптофан же, связавшись с белком, отодвигает спирали так,что они становятся комплементарными к желобку в двойной спиралии связываются с ней. так что, когда триптофана в клетке много, он, связываясь с белком, блокирует дальнейший синтез триптофан-синтезирующихбелков, и тем самым, свой (триптофана) дальнейший синтез.
Этот способрегуляции называется отрицательной обратной связью.триптофан в данном случае выступает стимулятором дНк-связывающейактивности trp-репрессора и ингибитором синтеза белков, необходимыхдля синтеза триптофана. Причем это стимулирование trp-репрессора является «аллостерическим», так как Trp связывается с белком «в другом месте» — не в том, где с белком должна связываться дНк.353у самых разных молекул самого разного размера.
А аналогичные иммуноглобулинам рецепторы Т-клеток опознают таким же образом маленькие антигенные детерминанты у клеток, например, у клеток, зараженных вирусами.аРис. 24-3. схема действия триптофанового (trp) репрессора. На фоне общегоконтура димера, обладающего общим сплавленным ядром (core) и двумя идентичными головками (head), показаны только те две спирали (3 и 5), между которымисадится корепрессор — аминокислота Trp. Она отталкивает 77-й остаток цепи,а та — α-спираль 5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
