А.В. Финкельштейн, О.Б. Птицын - Физика белка - Курс лекций с цветными и стереоскопическими иллюстрациями и задачами (1123404), страница 81

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

Текст из файла (страница 81)

Это похоже на военное «правилоклаузевица»: «на марше — отдельно, в бою — вместе».Правда, иногда переход от одной функции белка к другой осуществляется просто переходом субстрата с одного на другой активный центр(вспомните аминоацил-трНк синтетазы: в них вся подвижность сосредоточена в субстрате).Однако часто переход от одной элементарной функции к другой осуществляется за счет более или менее крупномасштабного преобразованияструктуры белка, и необходимость в таком преобразовании отражаетсяна строении белковой молекулы.

Эта тема и будет занимать нас в дальнейшем ходе лекции. Говоря о подвижности белков, надо различать мелкие и более крупныедвижения.Мелкие движения — это, по существу, тепловые флуктуации. рентгенструктурный анализ высокого разрешения способен видеть такие флуктуации на фоне усредненной, «статичной» структуры белка. Он видитих как некую размытость положения атомов, причем величина этой размытости, как и положено для тепловых флуктуаций, растет с температурой.Флуктуации больше у поверхностных групп белка (здесь их амплитуда,в среднем, около половины ангстрема), и в несколько раз меньше у групп,входящих в ядро белка. Аминокислотные остатки в петлях колеблются сильнее, чем во вторичных структурах. Боковые группы колеблются заметносильнее, чем главная цепь.

Особенно сильны колебания длинных поверх-377ностных боковых групп, концы которых не зажаты другими группами и часто столь подвижны, что рентген их вообще не фиксирует. Поэтому поройговорят, что внутренность белка — твердая, а его поверхность напоминаетжидкость, которая затвердевает только около –100 °с. (В скобках отмечу,что полужидкий поверхностный слой вообще характерен для кристаллов.)к выводу о сочетании «твердых» и «жидких» составляющих в динамике белковой глобулы приводит и гамма-резонансная («мёссбауэровская»)спектроскопия. Она следит за поглощением монохроматических γ-квантов«мёссбауэровскими» ядрами некоторых изотопов тяжелых металлов (например, Fe57) и позволяет оценить, в частности, размер твердой, крепкоспаянной с этими мёссбауэровскими ядрами части белка.Более крупномасштабные изменения связаны с деформацией белковойструктуры при связывании лигандов. динамика релаксации таких деформаций лучше всего изучена в миоглобине.

с его гема можно лазерной вспышкой практически мгновенно (за ~10–13 с) сорвать лиганд CO, а затем следить(по оптическим спектрам) за возвращением к исходному состоянию.сложная кинетика такой релаксации, изученная в широком диапазонетемператур, указывает на то, что путь к нативной конформации лежит черезряд энергетических барьеров, а сама нативная конформация белка охватывает набор конформаций, различающихся в микроскопических деталях.такие и еще более крупномасштабные деформации белков при исполнении их функций изучают также, кристаллизуя белки в разных функциональных состояниях. Богатую информацию дают также разные спектральные методы, химические модификации и т.

д. Мы уже познакомились, на прошлой лекции, с одной функциональноважной деформацией на примере регуляции дНк-связывающей активностиtrp-репрессора. сейчас мы рассмотрим вопрос о функционально важныхдеформациях более внимательно.Прежде всего посмотрим, как деформация белка помогает сочетать стадии цикла СВЯЗАТЬ → ТРАНСФОРМИРОВАТЬ → ОТПУСТИТЬ. рисунок25-4 демонстрирует индуцированное соответствие (введенный д. кошландом термин) фосфорилирующего белка — гексокиназы — его субстратам.Этот белок переносит фосфатную группу с АтФ на глюкозу.

Но — в принципе, по химии реакции — эта же фосфатная группа может быть перенесенаи на воду; однако этого не происходит. В попытке ответить на вопрос, почему это не происходит, кошланд постулировал следующее. 1) до связыванияс субстратом фермент находится в «открытой» форме (в которой он можетзахватить субстрат из воды, но не способен провести его фосфорилирование). 2) После связывания с субстратом он — фермент — переходит в «закрытую», каталитически-активную форму, где все части активного центра378собраны воедино и способны катализировать реакцию фосфорилирования,но вода вытеснена из активного центра и потому не конкурирует с субстратом за фосфорилирование.

3) После каталитического акта фермент сноваоткрывается, и фосфорилированный субстрат уходит.Рис. 25-4. Индуцированное соответствие при функционировании гексокиназы.В открытой форме два домена разделены глубокой щелью, куда может заплытьглюкоза. когда глюкоза попала в щель, домены поворачиваются, щель закрывается, вода из нее вытесняется, а все компоненты каталитического центра сходятсявместе. картинка, с небольшими изменениями, взята из [5]Впоследствии опыт полностью подтвердил эту гипотезу (см. рис. 25-4),но только для тех белков, которым нужно скрыть обрабатываемый субстратот конкурирующей с ним воды (хотя попытки распространить механизминдуцированного соответствия на все ферментативные реакции предпринимались многократно). для действия трипсина, например, этого не нужно —и в нем индуцированного соответствия субстрату не наблюдается: трипсин(а также химотрипсин, эластаза, субтилизин и т.

д.) не деформируется и опознает субстрат по простейшему принципу «ключ-замок».Хочу привлечь Ваше внимание к тому, что индуцированное соответствие достигается смещением либо крупных блоков (вспомним прошлуюлекцию), либо целых белковых доменов (см. рис. 25-4), но не полной перестройкой укладки белковой цепи. А смещения эти происходят в основномпутем мелких локальных деформаций. [Аналогия: мышцы сокращаются(«локальная деформация»), и пальцы («домены») сжимаются в кулак —но эти пальцы не превращаются в зубы или щупальца…]то же самое имеет место и во всех других известных случаях «конформационных перестроек белков» — за немногими исключениями, когдаиз глобулы иногда вырывается и переходит в нерегулярную конформацию379целая α-спираль или β-тяж.

Одна из самых больших известных мне перестроек происходит в калмодулине. сам по себе он имеет форму гантели,«головки» которой — α-спиральные домены — разнесены на большоерасстояние «ручкой» — одной длинной α-спиралью. Однако при связывании калмодулина с рядом других белков «головки» бывшей гантели,не ломаясь, сближаются и слипаются друг с другом и с белком-мишенью,а бывшая «ручка» — длинная α-спираль — разрушается. домены белков подвижны не только в пространстве, но и в эволюционном времени. как я уже говорил, гены доменов, как целое, могут кочевать из белка в белок, порой объединяясь в разных сочетаниях с другими,порой разъединяясь. При этом нередки случаи, когда в одном организменаблюдаются несколько мономерных белков, а в другом они сливаютсяв единый многодоменный белок.Относительная автономия доменов хорошо видна в большом семействебелков, называемых дегидрогеназами.

Эти белки катализируют сходныереакции типа окисления ОН-групп при помощи кофакторов NAD+ / NADH,легко принимающих оторванные протоны и отдающих их. Однако обрабатывают они разные вещества: алкогольдегидрогеназа — спирт (этанол),лактатдегидрогеназа — лактат, и т. д.дегидрогеназы состоят из двух доменов (рис. 25-5), соединенных перемычкой.Рис. 25-5. Цепи NAD-зависимых дегидрогеназ свернуты в два отдельных домена,соединенных относительно гибкой перемычкой. Один домен более или менее универсален (т. е. очень сходный домен встречается в разных белках) — он связываеткофактор NAD.

Второй — не универсальный, а индивидуальный в каждой дегидрогеназе домен — связывает обрабатываемый субстрат. картинка, с разрешения,взята из [5]380Один, связывающий обрабатываемый субстрат домен, устроен индивидуально в каждой из дегидрогеназ. Например, в алкоголь-дегидрогеназеон содержит β-цилиндр, а в глицеральдегид-3-фосфат-дегидрогеназе —плоский β-лист.В то же время второй из этих доменов — тот, что связывает кофактор NAD — у всех NAD-зависимых дегидрогеназ устроен практическиодинаково, хотя в одних дегидрогеназах он находится в N-, а в других —в с-концевой половине цепи, и несмотря на отсутствие видимой гомологии в первичных структурах у этих NAD-связывающих доменов.

В этомдомене (типа α / β) цепь обладает «укладкой россманна», причем сходствораспространяется и на мелкие детали NAD-связывающих доменов разныхдегидрогеназ: большую часть этих доменов можно наложить друг на другас точностью до 2 Å, включая и место связывания NAD [это, по-видимому,показывает, что пространственная структура лучше помнит родство белковых доменов, чем первичная].таким образом, разнообразие действия дегидрогеназ обеспечивается —при универсальности NAD-связывающего домена, несущего каталитический центр, — разнообразием субстрат-связывающих центров, расположенных на «субстрат-связывающих» доменах, устроенных по-разному:в структуре целого белка эти две части активного центра соприкасаются(см. рис.

25-5), создается единый активный центр — и он-то и обеспечивает дегидрогеназную функцию. теперь я хочу рассказать о неконтактном — или, как говорят, аллостерическом — взаимодействии активных центров. Аллостерические взаимодействия между различными связывающими и активными центрами,особенно в олигомерных белках, играют важнейшую роль в контролировании и интегрировании биохимических реакций.

При этом «сигнал» о состоянии одного активного центра передается на другой через деформациюбелковой глобулы — деформации, затрагивающей и этот «другой» центр.сейчас я рассмотрю (в самой упрощенной форме) только один, наиболее изученный аллостерический белок — гемоглобин.Это — тетрамер, точнее — комплекс из двух α- и двух похожих на нихβ-цепей (рис. 25-6а). Его дело — связать кислород в легких (где его много), донести до мышц (где его мало) и отдать мышечному миоглобину,мономерному белку, похожему на любую из четырех субъединиц гемоглобина.

Характеристики

Список файлов лекций