Lenindzher Основы биохимии т.1 (1128695), страница 55
Текст из файла (страница 55)
сей) Пируиатде- гилрогеназный комплекс Мал. мвсав Число цепей нв мо- лекулу дельных субъединиц. относительно друг друга, т. е. способ их совместной укладки и упаковки с образованием наншвной конформации олигомерного белка. Рентгеноструктурный анализ олигомерных белков представляет намного более сложную задачу по сравнению с аналогичными исследованиями одноцепочечных белков. Тем не менее мы уже располагаем достаточно большой информацией, позволяющей приблизиться к пониманию чрезвычайно важных закономерностей, определяющих биологическую активность олигомерных белков. 8.5).
Метод реитгеноструктурного анализа позволил установить как третичную, так и четвертичную структуру гемоглобина Первым олигомерным белком, ставшим объектом рентгеноструктурного анш!иза, был гемоглобин (мол. масса 64 500), содержащий четыре полипептидные цепи и четыре простетические гемогрулпы, в которых атомы железа находятся в закисной форме )Ге(11)3.
Белковая часть молекулы, называемая глобииом, состоит из двух а-цепей (по 141 остатку в каждой) и двух ()-цепей (по 146 Рис. 8-10. Трехмерияя структура аксии лезаксигемаз лаби не, усзвиавлеинвя металам рензтеиаструктурнаго внвлиэв. Показана четвертичная структура молекулы, т.е. спасов совместной укладки четырех субъедиииц. Субъедииицы объединены е пары с, б, и аяб . Межлу идентичными субъединицвми двух типов (а и б) иыеется мало тачек саприкасиавенив друг с лругам, тагдв квк между разными субъелинипвми возникает множество контактов.
ствбилизируюших пары е, б, и изб . Несматр» не нерегулярную форму, молекула обладает осью симметрии 2-го порядке: при повороте молекулы нв !80' вокруг сои, праходяшей через центр молекулы перпендикулярна плоскости рисунка, аубъединиця а, савмешвется с субъединицеи аз, в Р, — с Бя. В «вждай цели указаны номере остеткав. Важная роль принелликит центральной сквозной полости, о чем говорится в дополнении 8-1. Обрятнге внимание не сравнительна большие рметояни» между гемагруппвми. Различия микду оксигемоглабинам и дезоксигемо~ лабииом невелики. ио аяееь важны для функционирования гемоглобина.
Вопрос а них булез абсуждеться в этой теве несколько позже. чясть е Биомолекулы остатков!. Поскольку молекула ~ емоглобина по своим размерам в четыре раза крупнее молекулы многлобина, для расшифровки его трехмерной структуры, выполненной Максом Перутцем и его коллегамн в Кембридже (Англия)„потребовалось намного больше времени и труда. Согласно данным рензтеноструктурного анализа, молекула гемоглобина по своей форме приближается к сфере с диаметром около 5,5 нм. Каждая из четырех цепей имеет характерную для нее глретичную структуру. Подобно миоглобину, о.- и (3-цепи гемоглобина содержат несколько и-спиральных сегментов, разделенных участками, образующими изгибы цепи.
Четыре полипептидные цепи уложены относительно др)ч друга приблизительно в виде тетраэдра. в результате чего возникает характерная чгтлвергличнал свруэпяура гемоглобина (рнс. 8-10). С кажлой цепью связана одна гемогруппа. Гемы разных цепей сравнительно далеко (на расстоянии около 2,5 нм) расположены друг от друга и имеют разный угол наклона. Каждый гем частично погружен в «карман», выстланный ~ цлрофобными К-группами,н соединено полипептидной цепью координационной связью между атомом железа и К-группой остатка ~истидина, как показано на рис. 8-2. Шестая координационная связь атома железа в кажлом из гемон свободна и используется для связывания молекулы О,. Тщательный анализ четвертичной структуры гемоглобина с помощью моделей показывает, что между двумя пч1епями или двумя )3-цепями образуется мало прямых контактов, тогда как между и- н ~3-цепями возникают многочисленные контакты типа а,)3, и пх)3ц В образовании таких контактов принимают участие в основном гидрофобные К-группы аминокислотных остатков.
Вследствие нерегулярной формы полипептндных цепей две пары субъединиц п,)3, н пз)3э не могут п~о~н~ прилегать друг к другу, так что в центре между ними остается канал (или полость), проходящий сквозь всю молекулу гемоглобина, что хорошо видно, если смотреть на молекулу сверху (рнс. 8-!О). Ниже мы ельце вернемся к вопросу об этом канале. 8.10. По своей третичиой структуре и- н )3-цепи гемоглобина очень сходны с миоглобииом Рентгеноструктурный анализ и химические исследования гемоглобина выявили ряд важных закономерностей. Прежде всего, было обнаружено, что и- и )3-пепи гемоглобина имеют почти одинаковую третичную структуру, Обе они более чем на 70/ состоят из п-спиралей, причем все эти и-сцнральные участки почти одинаковы по длине и образуют в местах изгибов примерно одни и те же углы.
Вторая закономерность состоит в том, что гемоглобины у разных видов позвоночных характеризуются приблизительно одинаковой третичной структурой их полипептидных цепей. Более того, онн очень сходны и по четвертичной структуре. Третий важный вывод заюпочается в том, что третичная структура и- и р-цепей гемоглобина имеет много общего с третичной структурой миоглобина. Сходство третнчной структуры этих двух белков можно сопоставить с присущей обоим белкам способностью связывать кислород, лежащей в основе нх биологической функции.
О принадлежности многлобнна н цепей гемоглобина к одному семейству белков свидетельствует также сравнение аминокислотных последовательностей миоглобина кашалота и и- и (3-цепей гемоглобина лошади. Как показано на рнс. 8-11, во всех трех цепях имеются 27 эквивалентных положений, в которых нахолятся идентичные аминокислотные остатки; кроме того, в других 40 положениях обнаруживаются близкие по своим свойствам остатки аминокислот, например аспарагиновая и глутаминовая кислоты, или изолейцин и валин.
Таким образом, н здесь мы видим, что в аминокислотных последовательностях гомологичных белков имеется ряд инвариантных аминокислотных остатков и что для гомологичных белков характерно сходство их трехмерной структуры. Из структурных данных по миоглобину и гемоглобнну вытекает еще один вы- 201 ГЛ. й.
ГЛОБУЛЯРНЫЕ БЕЛКИ. ГЕМОГЛОБИН 11 бина лоп'алн м концы 0 11епь многло- бина кш1~алота 20 40 60 80 1000 120 "'~~йуна, Яиоглобив 140 Р-11шь гемоглобина С-концы Рис. НЧ Е Л. Полонские инвариантныл амииокислогных остатков(красные чергочккк обших длв а- и б-цепей гемоглобина лошади и миоглобина кашалот». Чернымн черточками показаны положении, хана гые иден гичными аминокислотными остатками в а- и б-цепах гемоглобина. Б.
Сходства трстичных структур б-цепи гемоглобина лошади и миоглобина кашалота. Красный ласк 1емогруппа. вод. Представляется весьма вероятным, что миоглобин и гемоглобин произошли от одного и того же предкового кислород-связывающего гемопротеина (рис. 8-12), который скорее всего состовл из одной полипептидной цели.
В какойто момент последующей эволюции видов ген, кодировавший предковый кислород-связываюппсй белок, подвергся ду- пликации. Образовавшиеся при этом две копии гена далее стали мугировать независимо друг от друга, так что одна из них постепенно превратилась в ген, кодирующий белок миоглобинового типа, приспособленный для запасания кислорола в клетках„а вторая, изменившись в результате другой серии мутаций, стала кодировать а- и 13-цепи гемоглобина, приспособленные для переноса кислорода, осуществляемого эритроцитами. Мы еще встретим немало других примеров функционально и сгруктурно сходных белков, происшелших в процессе эволюции от обшил прелшественников.
3. $1. Была установлена четВерз'ичяяя структура и ие$оячо13ьхя прутик олигоме13яых белкоВ Рентгеноструктурные исследования были проведены также для нескольких других олигомерных белков. В качестве примера можно привести фермент гнисоиынауу дрожжей„катализирукяций реакции> АТР + О-глюкоза — АВР + + Р-глюкозо-б-фосфат. Эта важная реакция протекает практически во всех организмах, так как является ЧАСТЬ 1. БИОМОЛЕКУЛЫ Предканый кислароп-снязмникхций гемооратсин (олноцепочечный) Кислород-свнзынаююиа белок примитивных Кислород-саязызюююий белок ткаиевых клеток эритроци юв (опнгюепачечлый) Современный миогаобиа (одноцепочечный! Современный гемоглобин (за-цепи+ 3() мшпн) необходимой стадией метаболизма глюкозы.
Гексокиназа дрожжей имеет молекулярную массу около 102000 и содержит две палипептидные цепи. С помощью рентгеносгруктурного анализа была установлена как третичная структура этих двух цолипептидных цепей, так и четвертичная структура гексокиназы. образующаяся и результате соединения лвух цепей в единую плотно упакованную глобулу (рис. 8-13). Особый интерес представляет строение каталитического центра этого фермента, т.е. участка молекулы. к которому одновременно присоединяются АТР и глюкоза, вовлекаемые в каталитический процесс. Как мы увидим в гл. 9, в ходе хатха!нтического цикла конформация молекулы гексокиназы изменяет свою геометрию. Другой олигомерный белок, структуру которого также удалось определить †э фермент локтотдегидрогенозп из скелетнай мышцы, кататизирующий последнюю стадию метаболического превращения глюкозы в лактат.
Лактатлегидрогеназа имеет молекулярную массу 140000 и содержит четыре полипептидные цепи. По третичнай структуре эти цепи очень (одноцеючечньцб Лупликщия геня а-Цепь ()-Цепь Рис. й-!К Эволюция миаглобина и гемоглобина, возникших из прелковога кислород-«называющего гемон ратеина. Во всех миаглобидах, а также в а- и (Ьцспах всех соврелзенных темах лабинов (исследована в общеи сложности !45 последовательностей! имеютсяшсстьинвариантныхастаткав и большое число близких по свойствам аминокислот, занимающих в этик белках адинакояые положения. Манна предположить„ чта ген, колиронавший предкааый одноцепочечный гемопротеин, подвергся дупликлции.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
