Lenindzher Основы биохимии т.1 (1128695), страница 53
Текст из файла (страница 53)
И цитахроме с пятая и шестая коарлинационные связи атома железа заняты а труппами остал кое 18 и ВП И нормальна функционирующем цитахроме с, участвующем н системе перепела электронов, атом железа 3гопеременно нахал ится в фсрро- н ферриформе. т. е. в 1ре11Щ- и ~ре(ПЦ~-форме. находятся всевозможные изгибы, повороты, нерегулярные витки и сегменты в вытянутой конформации. Таким образом, хотя и цитохром с, и миоглобин оба представляют собой гемсодержащие белки, они сильно различаются как по вторичной и третнчной структурам, так и по аминокислотиым последовательностям в соответствии с их совершенно разными биологическими функциями. Для сравнения можно рассмотреть третичную структуру еще двух небольших белков.
Лцзоцим — это фермент, содержащийся в яичном белке, а также в слезах человека. Он катализирует гидролитнческое расщепление сложных полисахаридов, присутствующих в клеточных стенках некоторых бактерий. Лизоцим назван так потому, чго он вы- 194 члсть !. БиОмОлекулы Белок и-спира- !Сструкли тура 78 П 39 0 40 12 26 35 !4 45 38 17 М ноглобин Г)итохром с Лизоцнм Рибонуклеаза Хнмотрогзсин Карбокснпепти- дази 153 104 129 !24 24! 307 Тпо.пели б-2.
Приблизительное содержание и- спиралей и участков с 0-структурой в неко- торых одноцепочечных белках' Общее Число ссзвтков, число ссгвз «ов " Участки палипептидных пепси. не относящиеся ни ко-спиралям, ни к В-структуре, предстанг~яюг ссбаа изгибы или обратныс повороты цепи, а гакже нерегулярно скрученные или выгянугьге ее огркзки с-Спиральные и б-сгруктурные ссгкгенты иногда имеют слегка искаженные размеры и геометрию, отличающиеся от соответствующих нормазьных паракгегров. данные взягы из книги ('впюг С. а зпд Зсцпппзе! Р.
К., В!орьухгсв! Сьегщкггу. р!. 1, р !ОО, Ггсетап, зап Ргапсисо, !980 зыаает лизис, т.е. растворение. бактериальных клеточных стенок и, следовательно, может служить бактерицидным агентом. Подобно миоглобину и цитохрому г, лизоцим имеет компактно свернутую конфирмацию, причем ббльшая часть его гилрофобных гх-групп находится внутри глобулярной структуры, где они защищены от контакт.ои с водой, а гилрофильные группы выступают наружу, а водную среду. Около 40'в всех 129 амннокислотных сстаткоя лизоцима содержится в и-спиральных се~ментах !табл.
8-2), которые выстилают длинную полость, нахолягцуюся на олной стороне молекулы. Эта полость представляет собой каталитический центр фермента. Как мы увидим в гл. 9, каждый фермент имеет каталитический центр, который связывает губгзаригл молекулу, полиер! аюшуюся действию данного фермента. Во время клталитического акта блктериальный полисахарил, на который дей- Рис. Хб 1!росгранственная молель молекулы сизоцима, с которой прочно связана молекула пол исахар иди ого субсг рата !показана красным пестом!. Обратите внимание на очень компактнуго форму молекулы лизоцикга, внутри которой поч ги не осг аегся свободного прпстрансгва Дру~ ое изпбраженис молекулы лизоцимасм.парис.
! клополнению9-4вгл 9. ствуст лизоцим. располагается в этой полости, плотно прилегая к ее внутренней поверхности. На рис. 8-6 представлена пространственная структура лизоцима, иллюстрирунипая компактносгь структуры глобулярных белков. Рибинуклсизи, еще олин глобулярный белок небольшого размера, представляет собой фермент, секрстируемый клетками поджелудочной железы в тонкий кишечник., !.де он катализирует гидролиз некогорых сиязей и молекулах рибонуклеиновых кислот, содержащихся в переваривасмых пищевых продуктах. Третичная струхтура рибонуклеазы, установленная методом рснтгеносгруктурного анализа (рис. 8-7), характеризуется тем, что а ее полипептилной цепи имеется очень мало и-спиральных участков, но зато а ней есть достаточно большое число сегментов, находящихся в ))-конформации.
В этом отношении рибонуклеаза отличается от многлобина„цитохрома с и ли- ГЛ. 8. ГЛОБУЛЯРНЫЕ БЕЛКИ: ГЕМОГЛОБИН 195 Рис. 8-7. Конформапия молекулы рибонуклеазы, установленная методом рентген ос груктурного анализа.! 1ункти рным и линиями показаны водородныесвязи мыкду петлями полилептидной пепи, уложенными в виде склалчатого 13слпа. Полость в середине верхней части ыолекулы служит пентром снязывания субстрата. Расположение внутриоепочечных дисульфидных поперечных связей показано на рис 8-8.
зоцима. Однако, подобно лизоциму, она содержит четыре остатка цистина, образующих ковалентные дисульфидные связи между петлями полипептцдной цепи. Это придает прочность всей нативной третичной структуре фермента (рнс. 8-7). Такие внутрнцепочечные днсульфндные связи имеются во многих белках, особенно в тех, которые функционируют вне кдетки. Совершенно очевидно, что эти четыре одноцепочечных глобулярных белка небольших размеров существенно отличаются друг оз друга (см.
табл. 8-2). В них содержится разное число а-спиральных участков и сегментов, имеющих ))-конформацию; поэтому они различным образом свертываются в пространстве. Эти белки различаются также по аминокислотным последовательностям и выполняю~ совершенно разные биологические функции. Из данных, полученных при ренттенострухтурных исследованиях и определении аминокислотных последовательностей глобулярных белков многих типов, теперь хорошо известно, что каждый тип белков имеет характерную для него трехмерную конформацию, специально приспособленную для выполнения определенной биологической функции. 8.5.
Амниокнслотнан последовательность белка определяет его третичную структуру Как мы уже поняли из рассмотрения и- спирали и Д-конформации, вторичная структура полипептидной цепи, характеризующая взаимное расположение сосед- 196 ЧАСТЬ 1. БИОМОЛЕКУЛЫ них аминокислотных остатков, определяется ее аминокислотной последовательностью.а-Спиральи ~3-конформация возникают самопроизвольно н остаются устойчивыми лишь в том случае, если набор расположенных по соседству аминокислотных остатков в полипептидной цепи имеет соответствующую последовательность Р.-групп.
Третичная структура глобулярных белков тоже обусловлена их аминокислотной последовательностью. Но если вторичная структура определяется последовательностью й-групп в близких участках цепи (т.е. ближним порядком), то третичная структура зависит от аминокислотной последовательности далеко расположенных друг от друга участков цепи (т.е.
от дальнего порядка). Образование изгибов полипептидной цепи, а также направление и угол поворота цепи в этих изгибах обусловлены числом и положением определенных амннокислотных остатков, таких, как пролин, треонин и серии, которые способствуют образованию изгибов. Более того, как мы увидим дальше, петли плотно свернутой полипептидной цепи сохраняют характерное лля них положение в пространстве также благодаря разного рода взаимодействиям между йгруппами соседних петель. Многие инвариантные аминокислотные остатки гомологичных белков, т.е. остатки, присутствующие всегда в определенньгх положениях полипептидных цепей независимо от вида организма.
из которо~о получен белок, по всей вероятности, занимают наиболее важные в структурном отношении места в палипептидной цепи. Одни из инварнантных остатков встречаются вблизи изгибов цепи или в самих изгибах, то~да как другие, например остатки цистина, находятся в тех местах цепи, где между близко расположенными петлями третичной структуры возникают поперечные связи. Ряд инвариантных аминокислотных остатков занимает строго определенное положение в каталитических центрах ферментов или в местах связывания простетнческих групп, например гемогруппы в цитохроме с. Но наиболее убедительное доказатель- ство тоз о, что третичная структура глобулярного белка определяется его аминокислотной последовательностью, получено в экспериментах, в которых было показано, что денатурация некоторых белков — з го обратимый процесс.
У большинства глобулярных белков при нагревании или под воздействием экстремальных значений рН происходит развертывание цепей и утрата биологической активности без разрыва ковалентных связей полипептидного остова. Многие годы процесс денатурации белков считался необратимым; например, белок, свернувшийся при варке яиц, после охлаждения уже не возвращается в исходное растворимое состояние.
Однако было обнаружено, что у некоторых глобулярных белков, денатурированных путем нагревания или под воздействием экстремальных значений рН, нативная струк~ура и биологическая активность восстанавливаются при медленном охлаждении раствора белка илн медленном изменении его рН до нормального значения; такой процесс называется ренал1урацией.
Классический пример ренатурации представляет ренатурация рибонуклеазы, одноцепочечного белка с четырьмя внутрицепочечными дисульфидными связями. Кристаллическая рибонуклеаза может денатурировать прн обработке ее концентрированным раствором моче- вины в присутствии восстановителя, который разрывает днсульфидные связи четырех остатков цистина с образованием восьми остатков цисгеина. В этих условиях полипептидная цепь полностью развертывается, образуя множество беспорядочных петель, и фермент утрачивает каталитическую активность (рис.
8-8). Если мы теперь поместим раствор денатурированной рибонуклеазы в диализный мешочек (стр. 144) и погрузим этот мешочек в воду, то низкомолекулярные вещества (мочевина и восстановитель) в результате диффузии будут выходить из раствора рибонуклеазы во внешнюю среду. По мере постепенного удаления этих веществ беспорядочно скрученная денатурированная рибонуклеаза будет самопроизвольно и медлен- ГЛ. б.
ГЛОБУЛЯРНЫЕ БЕЛКИ. ГЕМОГЛОБИН 197 Нвтивняя молекуле в квтялитнчеохи активном аб состоянии Дабвнлеиие лючевины и Б -л|ерквдто- зтнналв РВЭВВРВ)"твя мОлекула в а неективном состоянии. В результнте васатннакления лисульфилпых поперечных связей обрвзаинхись Оствтки яистеиня | Удаление мочевины И б -меркяпто- зтяноли Нвтиниая молекуле в квтезмтически ективной саотаяяяи Вновь абракб зыюлнзь пряяильюю диаульфидные ПОПЕРЯЧНЬЮ связи в четы. рех сот втквх яистиив Рис й-б. РснктУРЯИИЯ РвзвсРЯУГОЯ |лснвтурироявнной)рнбонуклсвзы с воссаздвннсм правильно рясполомснных лнсульфидных попсрсчных связей.
Нри дабявлснии мачсвины в молекуле рибонуклеазы рюруюлютсв волорадиые свюи, в последую|Яви обработка бслкямсркиптоэтвнолом |ОНэСНхзц) прниолит к восствновлснню и тем самым к разрыву Лнсульфндн ык связей четырех астяткав пистинв. яоторыс при этом прсвряюяются в восемь осткткав пистсинк но возврицаться к нативному состоянию, приобретая присущую ей правильную трехмерную третичную структуру с полным восстановлением каталитической активности )рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
