Д.Г. Кнорре, С.Д. Мызина - Биологическая химия (1128707), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Наряду с этим встречаются вирусы, у которых в состав вирусных частиц входит однонитевая ДНК. К ним относятся такие хорошо изученные н широко используемые в исследованиях вирусы, как бактернофаг !й Х174 — первый вирус, для которого была установлена первичная структура ДНК, — н бактернофаг М13, нашедший широкое применение в генетической инженерии. У большой группы вирусов носителем наследственной информации является РНК, чаще всего однонитевая. Многочисленные РНК-содержащие вирусы паразитируют на растениях.
Многие важнейшие открытия в вирусологии были сделаны на содержащем одноннтевую РНК вирусе табачной мозаики. Такие вирусы известны и среди бактериофагов, например фагн МБ2 и (ф. Среди РНК-содержащих вирусов есть и такие, которые вызывают тяжелые заболевания человека, например клещевой энцефалит и бешенство. В большинстве случаев, РНК представляет собой одну достаточно длинную цепочку, содержащую много тысяч нуклеотидов. Однако в отдельных случаях в состав вируса входит несколько молекул РНК, каждая из которых программирует один нли несколько белков.
К их числу относится вирус гриппа, в состав которого входят восемь одноннтевых молекул РНК. Вирусы весьма разнообразны по размерам. В значительной мере это определяется тем, сколько информации заложено в нуклеиновую кислоту вируса. Эта информация в основном предназначена для программирования синтеза белков, входящих в состав вирусных частиц (структурные белки) или необходимых на промежуточных этапах па <Ьоомиоования (несточктюзные белки) Ппостейшие вирусы, например уже упоминавшиеся РНК-содержащие бактериофаги М32 и 1)11 содержат программу для синтеза всего трех белков — белка оболочки, фермента РНК-репликазы, катализирующего синтез новых молекул вирусной РНК, и белка, участвующего в регуляции синтеза новых частиц. В то же время огромный бактериофаг Т4, содержащий много белков, образующих оболочку, требующий значительного набора ферментов для его развития внутри клетки, программирует даже синтез нескольких тРНК.
Общее число белков и нуклеиновых кислот, запрограммированных в молекуле ДНК этого бактериофага, составляет около 150. Некоторые сведения о строении ряда наиболее типичных представителей вирусов и бактериофагов приведены в табл. 3.8. Наиболее важные и типичные особенности содержания и функционирования программ, заложенных в вирусных нуклеиновых кислотах, рассмотрены в 3 5.7. Т а б л и ц а 3.8.
Строение ряда типм анях представителей вирусов н бактериофагов Природа генетического материала Вирусы Число програм- мйруемых белков Вирусы гриппа А 1О Овноцепочечная РНК (минус-цепь)г фрагментированная (8 фрагментов) Одноцепочечная РН К (плюс-цепь) То же Частично ввуцепочечкая ДНК, кольцевая Одноцепочечкая РНК (плюс-цепь) Двуцепочечная ДНК, кольцевая Двуцепочечная РНК, линейная, фрагментированная (10-11 фрагментов) энцефалита гепатита А гепатита В ВИЧ-1 38-40 Реовирусы Я 4 5 !3 5 !! Бактериофаги Л Двуцепочечная ДНК, линейная, в клетке кольцевая Двуцепочечная ДНК, линейная То же Одкоцепочечная РНК (плюс-цепь) То же Овноцепочечная ДНК (плюс-цепь) То же 1130 38 3 3 8 9 Т4 Т7 МБ2 Ю М13 !йХ 174 В заключение этого и двух предыдущих параграфов следует отметить, что сборка многокомпонентных надмолекулярных структур, несмотря на заложенную в их компоненты способность к взаимному узнаванию, скорее всего не является самопроизвольным процессом.
В настоящее время накопились факты, указывающие на более сложный характер образования многосубъедпннчных белков и нуклеопротеидов, требующих участия вспомогательных белков, которые далее в конечной структуре не присутствуют. Возможно, это относится и к формированию третичной структуры достаточно сложных белков. Установлено, что в этих процессах в большинстве случаев, если не всегда, принимают участие специальные белки. называемые я~пв~ел~п ю» з, к „к.... „,.„,к пижоню у ЕзсЬег«сй«а со1«', когда оказалось, что некоторые наследственные изменения (мутации) в белках СгоЕ и Сто(, приводят к тому, что в них не может сформироваться полноценный бактериофаг А, хотя весь необходимый набор белков и ДНК фага в клетке накапливаются.
Оказалось, что нарушение в сборке этого довольно сложно устроенного бактериофага происходит от того, что мутантные белки СгоЕ и Сто(. не могут обеспечить правильное соединение между собой 12 субъединин элемента, нужного для соединения головки фага с его хвостовой частью. Дальнейшее развитие биохимии привело к открытию огромного числа шаперонов, особенно у зукариот, где эти белки нередко специализируются на сборке вполне определенных структур. Эта группа белков известна также под названием белков «пеялвоо«о «иока, поскольку их активный синтез начинается при повышенной температуре, по-видимому, для предотвращения повреждения разнообразных белков и их комплексов, претерпевающих частичную денатурацню при температуре выше допустимой.
3.9, НАПРАВЛЕННЫЕ КОПФОРМАЦИОПНЫЕ ПЕРЕХОДЫ В БИОПОЛИМЕРАХ Когда речь идет о наличии у функционально активных бнополимеров определенной пространственной структуры, последняя, естественно, ие представляется абсолютно жесткой. При биологически значимых температурах в результате теплового движения происходят не только поступательное перемещение и вращение незакрепленных молекул биополимера как целого и колебания атомов, но и некоторые повороты вокруг отдельных связей, если они не затрагивают слишком болыпого числа атомов и атомных групп. Даже если такие повороты происходят на функционально значимых участках биополнмера, принимающих участие в специфическом связывании какого-либо партнера, это может не ил«еть существенных функциональных последствий.
Вращение вокруг четырех связей С-С радикала лейцина -СН-С!1« — ь!1(СП«)ъ как правило, не может вывести его за пределы участка, формирующего район узнавания гидрофобиой части партнера. Точно так же вращение вокруг связи С -ч~ ампдного фрагмента аминокислоты аспара- гина не должно драматически повлиять на его тенденцию к образовапшо водородных связей с соответствующим гидрофнльным участком узнаваемой молекулы. Такого рода изменения, явллющиеся неотъемлемыми компопентамп теплового движения, не рассматриваются как изменения конформации бнополпмера в целом. Однако для большого числа, а возможно, и для большинства функционально активных белков и нуклеиновых кислот л«огут происходить и глубокие изменения конформации, приводящие к новой структуре с резко отлпчюощимпся от исходной свойствами, в том числе способностью выполнять определенные биологические функцйи.
Такие изменения могут существенно повлиять на взаимное расположение групп, участвующих в узнавании специфического лнганда, либо усиливая, либо ослабляя взаимодействие с этим лпгандом. Одним нз таки.: изменений является деиатурация бпополимера, что, как правило, приводит к полностью неактивным молекулам, причем нередко это изменение оказывается необратимым. Однако эта может быть п переход в новую определенную структуру, достаточно резко отличающуюся от исходно«ь«,'з««о имеющую свой структурный облик, подверп~к и« жеиный лишь тепловым флуктуациям.
Такие изменения получили название направленных коя!!«орл«ач««о««нь«к пе1«еко«)оа. Речь идет именно о направленных переходах, поскольку если молекула вышла из некоторой устойчивой конформации, то случайное достижение некоторой другой определенной конформации, как уже не раз говорилось, требует абсурдно большого времени.
Конформационные переходы происходят прп определенных изменениях условий, в котора«х находится биополимер. В некоторых случаях для пего достаточно изменения температуры. 1!апример, из тканей длительно голодавших кроликов наряду с активной выделяется неактивная форма тРПК, прпсоедпняющей лейцин. Такая тРНК при дейстюш фермента, катслпзпрующего реакцию присоединения лейцнна, не способна к этому химическому п(«евраще«««««о. Для перевода в активную форму ее необходимо прогреть при определенных значенилх РП и ионной силы.
Однако наибольшее зпачеш«е в биохимическим процессах имеют конформационные изменения биополимера, происходлщие прн присоединении к нему специфического партнера. Следует подчеркнуть, что констатация факта копформационного превращения н установление его природы — задачи совершенно разного порядка сложности. Любое изменение каких-либо свойств биополимера может свидетельствовать о конформационном переходе, если есть ув«реппостгь что пе произошло более глубоких, химических изменений. Дейст««птельпо, все химически идентичные молекулы могут отличаться в структурном плане только своей конформацией. В то же время любое изменение физических характеристик плп функций ь«о«кет явиться следствием только какого-либо изменения структуры, и если хпл«ические изменения исключены, то в рамках папшх сегодняшних знаний пе остается другого варианта, как приписать ««««бл«одаеь«ос измгпсп««е ко««форл«а««««о««««ему переходу.
В атом««ол«разрешспп««, т.е. с описанием геометрии смещения всех участвующих в конформацпоппом переходе атомов, уда««ось исследовать небольшое число переходов в тех случаях, когда были закрпсталлпзованы и подвергнуты рентгеноструктурноыу анал«шу высокого разрешсппл белки в двух различных состояниях.
Одним пз таких примеров является гемоглобин, который был исследован как в свободном состояпи««(дсзокспгемоглобпп), так и в комплексе с к«юло1«одом (оксигемоглобпп). Этп состояния закс гпо отлпчюотся по своей пространственной структуре, что видно по пзмспеп«««о характера контактов между его субьединпцами при присоединении кислорода. Сопоставление днппых, пр«веденных в табл. З.б, для дезокси- и оксигсмоглобппа показывает, что нз 17 пар вз««««л«««о контактирующих групп о-субъ«ьдишщы с одной из «3-субъедипиц прп присоединении кислорода сохранлется только 8, по одновременно появляется 9 новых пар взаимодействующих алшнокислотных остатков. В частности, водороднал связь между «уг(е) 42 и Азр(«3) 99 исчезает и зал«е««««етс««па совершенно другую водородную связь Азр(а) 94 с Аз««(«3) 102.
Все этп данные свидетельствуют о 'перемещении значительного числа алшпокпслотпых остатков в обеим субъедиш«цах, т.е. о напРавленном изменении конформации При трактовке направленных конформацпонных переходов обычно исходят из предположения, что в системе обе конформации существуют в равновесии, причем взаимопревращения между нплп«происходлт за малое время. Наблюдаемые Физические, хиь«ические и функциональные свойства относятся к той нз конфор наций, которая является преобладюощей, а ко«««(юрмац««о««««ы««переход набл«одается в оезчльтяте гм«шгноя павповегля.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
