Д.Г. Кнорре, С.Д. Мызина - Биологическая химия (1128707), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Селективное узнавание может иметь место лишь при достаточно высоких значениях К„. Усложнение опознаваемых структур способствует повышению значения К„с, но одновременно в общем случае должно приводить к уменьшению величин ь>> и ы>, Поэтому для эффективного взаимодействия, обеспечивающего резко предпочтительное образование комплекса именно мемсду данной парой молекул или фрагментов этих молекул, благоприятной является ситуация, при которой по крайней мере одна из взаимодействующих частиц имеет достаточно жесткую пространственную структуру, близкую к оптимальной для рассматриваемого взаимодействия.
Это особенно важно в случае биополимеров, поскольку вследствие чрезвычайно высокого числа мыслимых конформаций у биополпмеров переход из некоторой произвольной конформации в благоприятную для узнавания может потребовать абсурдно большого времени. По этой причине для узнавания биополимеРами специфических партнеров необходимо наличие у них определенной простРанственной структуры. Поскольку, как уже говорилось, выполнение белками их функций требует обычно в качестве первого этапа такого узнавания, пространственная структура белков имеет решающее значение для их функционирования. Молекулярное узнавание является одним нз наиболее фундаментальных свойств систем, с которыми имеют дело биохимики, и конкретные примеры комплементариых структур будут неоднократно приводиться в первую очередь при описании структуры нуклеиновых кислот и при рассмотрении механизма ферментативного катализа. Поэтому здесь приведен лишь один умозрительный пример структуры организованной для узнавания аминокислоты !.-аспарагипа.
Эта аминокислота имеет несколько групп, которые могут участвовать во взаимодействии с узнающим ее белком; заряженные амико- и карбоксильную группы и фрагмент ОО)>О1>, способный одной своей частью выступать в качестве донора, а другой — в качестве акцептора протона при образовании водородных мостиков. Поэтому область узнавания аспарагина должна содержать набор групп во взаимном расположении, обеспечивающем комплементарность структуры (Рис. Нетрудно видеть, что приведенная комплементарная структура будет не только отличать аспарагин от други, аминокшлот, ио н преимущественноо взш < модействовать имение с 1,-изочером.
!)-11:зов<о!з того же аспарагниа, если ои образует водородиьк связи с авшдпым фрагментом, не сможет образовать два электростат«ческих контакта < опознаю<цей структурой. Если <ке э п < д аз контакта образу ют<я, то амидиая группа окажется направленной в сторону от участка, настроенного па образование двух водородных связей е амидныл< фрагментом.
На этом примере видно, что трехточеч иое узнавание является достаточным для обеспечения стер се<к кп<виокп< взшшодействия, которо< является характерной <ортой подавляющего большинствя биохимических процессов, протекающих с участием мол кул, имеющих хиральпые цен ры в районе опознаваемо фрагмента молекулы. Образование комплекса би полимера со специфически лигяндом форл<ально являетс бимсе <акуля рным< процесса Так кяк речь идет о некое леитиых взаимодействиях, ирои<с<. ш должен быть связа < преодолен<им гуще<твшшо эиергет«ч<с кого барьера рассвштриваемый в ириблизк иии бимолскуляриой реакци является процес<.ом, контроли руемым днффуз«ей.
Однако тякое расгвютреш<е, часто нсш<п узнавания. является весьлш упрощеппыл<. <дет о самом простом случае — узи<шш<ип белком взаимодействие является и подавляющем больл<, т.е. в кап< чиол< кол<плек<е со стороны обоих нескольку атомов или групп. Участок белковой' <ены этп атов<ы и группы, обычно называют ах- Риг. 1!. Охемя гипотети'я ского узнавания молоку и.< яспярягиня: « — выи<юде<ктвпе с Г:йзомеров«6 — взянмадеиствке <тля~злого фрягмеятя ГЗ-изомер« приводит я электро тяти <ееяам< оттяякивянию двет яре<из ооозяяющил яоятяятаю е — абрязавяняе дяул электро<тятя <в<вяз конты.тоь <З-йзомеря с аао<яяющеи етреятураи выводит <щиднмй фрягмеят яз яонтяятя с груааями Н-Х я б пользуемое для описания кинет Во-первых, если даже речь < низкомолекуляриого лигвпда, шинстве случаев миоготочечны участников взаимодействует по молекулы, иа позором располон жизны.а централь Наряду с группами активного центра у белка всегда имеется большое число различных групп вие активного цоитр», способных к различным видам нековалентных взаимодействий и поэтому способных захвап<ть молекулу лиганда, хотя значительно менее эффективно, чем это происходит в активиол< центре.
Разумно предполо;кит<п что в ряде случаев такой захват приведет к тому, что лиганд, образовавший такой иеспецнфичиьш и несовершенный комплек< .с молекулой белка, далее не покинет эту молекулу, а будет перемещаться вдоль ее поверхности, проходя через множество аналогичных несо<зершеииых комплексов, до тех пор, пока не окажется в активном центре. !!ными <повял<и, поиск активного центра лигандом может происходить не л<етодом проб и ошибок < полной диссоциацией случайно образовавшихся несовершенных комплексов, а путем своего рода двумерной диффузии захваченного в некотором случа<п<ел< в<осте лигаида по поверхности белковой л<олекулы. Вопрос о возмозкиости и преимуществах такого механизма узнавания пока изучен слабо как теоретически, так и экспериментально.
Несколько глубже продвинуто изучение узнавания специфического участка иа линейных структурах. Речь идет об узнавании определенных участков в ДИК ферментом РНК-полимеразой. Сшггез новых молекул 1'11К на Д!!К-матрице должен начинаться в строго определенных точках. 13 связи с этим иа двунитевых ДНК имеются специальные районы — врожотори, предшествующие учагтку начала транскрипции, с которывш Р!1К-полимеразы образу<от песьма прочные комплексы (см. х' 5.5).:)ксперил<еитазьио установлено, что с!юд<твом к Д)1К- полимеразе обладают не только промоторы, по и все уча<ты< Д!!К. 1)о-видимому, первоначально РНК-полимераза мон<ет связаться с произвольным участков< Д))К, однако эта связь недостаточна для начала синтеза новых молекул Р11К.
В то же время она обеспечивает возможность линейного перемен<ения фермента относительно ДНК до тех пор, пока фермент не достигнет нромотора и ие окюкется прочно зафиксированным в положении, пз которого ири наличии необходимых мономеров он может начать сборку новой полирибопуклеотпдиой цеш<. В последнее время получены экспериментальные доказательства такого процесса. Кратковременное интенсивное У<!з-облучение комплекса Д(1К с Р11К-полимеРазой из Е, са(< приводит к ковзлеитиому присос;<ш<енп<о (сии<яшина) ф<рл<еита к ДНК, Если облучение провесп< ирактичесю< одновременно со смешиванием ДНК и фермента, последний оказывается <за<)зикснров<шиыв< в самых разнообразных участках нуклеиновой кислоты, чшце всего вие праматоров. Если же перед облучеииеы выждать некоторое достаточно продолзкит<льпое время, то сшивапие происходит почти исключительно с врал<отарами.
Таким образом, в этол< случае Действительно первоначально образуются случайиыг, мш<о специфичные и не очень прочные комплексы. а затем происходит одиол<ерная (вдоль я<шейной стРуктуры) диффузия фермента, приводя<цая в конечном итоге к попаданию его в нужный участок. 33. ВРОС",ГРЛ!!СГ!ЗГ1!1)Лз! СГ!зУКТУ!<Л ВРГВКОВ Как известно, геометрия любой молекулы определяетсн тремя группами геов<етрических характеристик ее хилш <ескнх свгыгй — длппямп свя<зей, валептпь<лш углами и тоусиаяпыл<в у«.ел<и л<езкду связями, примы< а<оп<ими к сосед<шм атомам. Первые две группы в решающей мере апре.<ела<отея природой участву<о<них атомов и обояэщоши:ея <яя<ог< !!гютамт п<к»-и<ли<тощ<я;и< сз<зу<с<тря полили ров в основном определяется торсионными углами между звеньями полимерного остов молекул, т.е.
конформацией полимерной цепи. Торсионный угол, т.е. угол пов рота связи А-В вокруг связи В-С относительно связи С вЂ” В, определяется как у между плоскостями, содержащими атомы А, В, С и атомы В, С, 0 (рис, 12). В принципе в системе атом А, В, С и 0 возможна такая геометрия, при которой связи А — В о * и С вЂ” 0 расположены параллельно и находятся по одну сторону от связи  — С. Если проводить аналогию с системой, в которой связь между В и С двойная, то с такую конформацию можно назвать ппс-конформацией. в а Если рассматривать эту систему вдоль связи  — С, то связь А — В в как бы заслоняет связь С вЂ” О, поэтому такая конформация Рис.
12. Схема определения торсианпых углов; называется заслоненной. Сог- а — палажитепьный угап; 6- атрипвтапьиый угап ласно рекомендациям междуна- родных союзов чистой и прикладной химии 1РРАС' и биохимии 100**, угол между плоскостями АВС и ВСВ считается положительным, если для приведения конформации в заслоненное состояние ггутем поворота на угол не выше !80' ближнюю к наблюдателю связь нужно поворачивать по часовой стрелке. Если эту связь для пояучения заслоненной конформации нужно поворачивать против часовой стрелки, то угоя считается отрицательным.
Нетрудно убедиться, что это определение не зависит от того, какая из связей находится ближе к наблюдателю. Как уже указывалось в предыдущем параграфе, пептидная связь вследствие с ! р, т-сопряжения т-связи карбонильной с, группы и р-орбитали атома М, на которой находится неподеленная пара электронов, н и! ! не может рассматриваться как одинар- и, ная и вращение вокруг нее практически отсутствует. По этой же причине хираль- о,, ный атом С" и карбонильный атом С" любого з-го аминокислотного остатка Рис. 13 Взаимное расположение в простпептидной цепи и атомы Х и С"(з + 1)-го равстве плоскостей двух соседних пептидостатка находятся в одной плоскости. В этой же плоскости, естественно, находят- р! и зр! — тарсианпые углы, саазввтствующи ся карбонильный атом 0 и амидный атом паваразвы вокруг связей гз! — с'! к с!ь — с» *1п1егваь1опа1 Сп(оп о1 Рпге апд Арр11е0 СЬеж1вьгу.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
