Lenindzher Основы биохимии т.1 (1128695), страница 54
Текст из файла (страница 54)
8-8). Этот эксперимент доказывает. чта информация, необходимая для правильного свертывания полипептидной цепи рибонуклеазы, заложена в первичной структуре полипептцднай цепи, т.е. в ее аминокислотиой последовательности. В ходе того же эксперимента было получено еще одно доказательство точности свертывания рибонуклеазы при ее ренатурации.
Оказалось. что восемь остат«ов цистеина, образовавшихся в реакции восстановления остатков цистина в полностью развернутой рибонуклеазе, постепенно окисляются под лействием атмосферного кислорода, в результате чего образуются четыре внутрицепочечные дисульфидные связи точно в тех же положениях, чта и в исходной нативной рибонуклеазе. Это замечательное явление. Случайная комбинация восьми остатков цисгеина с образованием остатков цистина теоретически может дать 105 различных вариантов, однако в ходе реиатурации реализуется один-единственный специфический набор дисульфидных поперечных связей, характерный для нативнай рибонуклеазы )рис.
8-8). Таким образом, полипептидная цепь денатурированной рибонуклеазы свертывается очень точно, что и приводит к формированию уникальной биологически активной конформации, исключая образование какой бы то ни было енеправильной» конформации. Этот классический эксперимент, выполненный Кристианом Анфинсеиом в 50-х годах, доказал, что аминокислотная паследовательнос|ь полипептидной пепи содерзкит нсю инфармацию, необходимую для того, чтобы цепь свернулась в нативную трехмерную структуру.
8.6. Силы, стабилизируюнню третичную структуру глобулярных белков Мы уже знаем, каким образом формируется и подперживается вторичная структура полипептцлов. Внуэпрнз)ело- ЧАСТЫ БИОМОЛЕК>тЛЪ| чечные водородные связи скрепляют оспираль, а межцепочечные водородные связи стабилизируют (3-конформацию цепей, образующих складчатые слои (разд. 7.11).
При наличии соответствующей аминокислотной последовательности з-спираль и б-конформация — это самые устойчивые структуры, которые может иметь данный участок цепи; иными словами, они являются структурами снаименьшейсвободной энергией. Какие силы стабилизируют третичную структуру т лобулярных белков? Существуют четыре типа взаимодействий, сочетание которых обеспечивает правильное взаимное расположение всех витков и петель в глобулярных белках (рнс. 8-9) при соблюдении нормальных биологических условий (температура, рН, концентрация ионов).
1 Водородные связи между и-группалти оспияпков, расположенных в соседних петлях палипептиднай цепи. Например, гндроксипьная группа остатка серина в одном участке полипептидной цепи может образовать волородную связь с атомом азота в кольце остатка гистидина,находящегося в соседней петле той же цепи. Рнс. 8-К Силы. ылбнлнзнрующнк третичную структуру тлобуллрнык белков.
2. Электростатическое притяжение между противоположно заряженными Я-группа.ии. Например, отрицательно заряженная карбоксильная группа (--СОΠ†-] остатка глутамииовой кислоты может притягиваться положительно заряженной б-аминогруппой ( — -)ч|Нз) остатка лизина, расположенного в соседней петле. 3. ГидрофоГтные взинмадействия. Гидрофобные К-группы некоторых аминокислотных остатков (см. Табл.
8-1) избегают контактов с водным окружением и стремятся собраться вместе внутри глобулярной структуры, где они защищены от соприкосновения с водой. 4. Коваленгпные поперечные связи. Соседние петли полипептидной цепи в некоторых белках, например в рибонуклеазе, содержат остатки цистина, которые образуют внутрицепочечные ковалентные тюперечные связи между соседними петлями.
Такие ковалентные поперечные связи, конечно, намного прочнее, чем перечисленные выше нековалентные взаимодействия, однако они встречаются не во всех белках. Следовательно, те белки, у которых нет дисульфндных поперечных связей, поддерживают свойсз.венную им третичную структуру при помощи множества слабых нековалентных взаимодействий и разного рода контактов, в совокупности придактщих структуре достаточную прочность. Хотя нативная третичная структура каждого глобулярного белка отвечает минимуму свободной энергии и потому является самой устойчивой конформацией, какую только может принять данная полипе|ггидная цепь, третичную структуру глобулярных белков не следует считать абсолютно жесткой и неподвижной. Многие глобулярные белки в норме претерпевают конформационные изменения при выполнении нми биологических функций.
Например, молекула гемоглобина, о котором мы будем говорить дальше, изменяет свою конформацию при связывании кислорода и возвращается к исходной конформа- ГЛ. Х. ГЛОБУЛЯРНЫЕ БЕЛКИ: ГЕМОГЛОБИН ции после его освобождения. Кроме того, молекулы многих ферментов претерпевают конформационные изменения при связывании субстратов — это составляет часть их каталитического действия. Полипептнпный остов глобулярных белков характеризуется определенной степенью гибкости„ вследствие чего эти белки подвержены локальным внутренним флуктуациям, т.е.
они как бы «дышат». 8.7. Свертывание цолнпентидных цепей происходит с очень высокой скоростью В живых клетках белки образуются из аминокислоте очень высокой скоростью. Например, в клетках Е. сой полная биологически активная молекула белка, содержащая ! 00 аминокислотных остатков, может быть построена за 5 с при 37 С. Однако расчеты показывают, что если полипептидная цепь из )00 аминокнслотиых остатков будет беспорядочно «перебират.ь» все возможные углы вращения вокруг каждой одинарной связи остова, пока не «найдет» свойственную ей биологически активную конформацию, то на это потребуется по меньшей мере )О'в лет! Таким образом, белки не могут принимать правильную конформацию, сворачиваясь совершенно случайным образом по принципу <<проб и ошибогоь Должны существовать более короткие и прямые пути.
Мы не знаем в точности, как и по какому пути проходит процесс самопроизвольного свертывания белка; начинается ли этот процесс на одном из концов пепи, в серелнне илн же в нескольких точках одновременно. Однако самопроизвольное свертывание полипептидных цепей в правильную третичную структуру, очевидно, должно быть вьюг» кокоплвративн им. Это означает, что если какой-то минимальный отрезок цепи свернулся надлежащим образом, то это сильно увеличивает веро>пность правильной укладки всех остальных участков цепи.
8.8. Олигомерные белки имеют как третичную, так и четвертичную структуру Олигомерными называются белки, содержащие две или большее число полнпептндных цепей. Одни из них имеют только две цепи, другие — несколько цепей, но есть белки, состоящие из десятков полипептидных цепей (табл. 8-3). Полипептидные цепи в олигомерных белках могут быть либо одинаковыми, либо разнымн. Число полипептидных цепей в олигомерном белке можно установить по числу аминоконцевых остатков, приходящихся на одну молекулу белка.
С этой целью к Х-концевь>м остаткам присоединяют какую-нибудь подходящую химическую метку, например 2,4-динитрофторбензол (разд. 6.7,б). Олигомерный белок, состоящий из четырех полипептидных цепей, скажем гемоглобин, должен иметь четыре )Ч-концевых остатка, по одному на каждую цепь. В молекуле инсулина имеется две цепи, связанные друг с другом ковалентными поперечными связями. Олигомерные белки превосходят одноцепочечныебелки по молекулярным массам н по сравнению с ними выполняют более сложные функции. К самым известным олигомерным белкам относится гемоглобин.Он содержится в эритроцитах и служит для переноса кислорода, причем выполнение им этой функции, как мы увидим, зависит от значения рН крови и концентрации СО . К числу еше более крупных и сложных олигомерных белков принадлежит фермент РНК-полимераза из Е.
сой (пять субъединичных цепей), ответственный за инициацию и синтез цепей РНК; фермент аспартат.-карбамоилтрансфераза (двенвдиать цепей), играющий важную роль в синтезе нуклеотндов; и как крайний случай, огромный митохондриальный пиру«а>ндегидрогеназный комплекс- ансамбль из трех ферментов, включающий в обшей сложности 72 цепи (табл. 8-3). В олигомерных белках каждая из полипептидных цепей, образующая субъединицу, характеризуется своей вторичной и третнчной пространственной структу- ЧАСТЬ 1. БИОМОЛЕКУЛЫ Таблица 8-3. Некоторые олигомерные белки" Белок 18 000 102 000 140 000 200 000 320 000 380 000 6 9 или 10 310 000 12 1 000 000 1О !2 " Большинство иэ них имеет четное число цепей.
Данные взяты из (уагпаП (3.3Ц., К)о(г 1.М., „БиЬипц Сопябшбоп а( Рго1ешз; А Тайе", Агс)ь В|асйет. В(орйуз,, 166. 651 -682 (1975). рой. Однако у этих белков есть еще один конформационный уровень, называемый четвертичной структурой. Под этим термином понимают располоэюеиие полинептидиых цепей, входящих в состав от- Гемоглобин (из крови млекопитающих) Аленилаткииаза (нэ печени крысы) Гексокнназа (из дрожжей) Лактатлегидрогеназа (из сердца быка) Цитохромоксндаза Глутаматдегидрогенаэа (из печени быка) Р ПАТРаза РНК-полимераза (из Е.сей! Аспартат-кар- бамонлтрансфераза (из К сой) Изоцитратдегилрогеназа (нз сердца быка) Глутаминсинтетаэа (из Е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
