Том 1 (1129743), страница 47
Текст из файла (страница 47)
3.17). Жесткие удлиненные структуры, состоящиеиз ряда доменов, особенно многочисленны в молекулах внеклеточного матриксаи во внеклеточных частях белков – рецепторов клеточной поверхности. Другиемодули, в том числе домен SH2 и домен kringle, представленные на рис. 3.16, относятся к «штепсельному» типу, при этом их N- и C-концы расположены поблизостидруг от друга. После перестроек генома такие модули обычно находят себе местодля встраивания в петельную область второго белка.Сравнение относительной частоты встречаемости доменов у различных эукариот показывает, что для многих распространенных доменов, таких как протеинкиназы, эта частота схожа у таких столь разнящихся между собой организмов,как дрожжи, растения, черви, мухи и человек (рис. 3.18).
Но есть некоторые достойные интереса исключения, как например, антиген-узнающий домен главногокомплекса гистосовместимости (MHC, Major Histocompatibility Complex) (см.рис. 25.52), который у человека присутствует в 57 копиях, но в остальных толькочто упомянутых четырех организмах отсутствует. Такие домены предположительноимеют специализированные функции, которыми не наделены другие эукариоты,и в ходе эволюции были подвергнуты строгому отбору, с тем чтобы дать началомножеству копий.
Подобным же образом можно допустить, что домен наподобиеSH2, с необычайно высоким уровнем частотности в организмах высших эукариот,Глава 3. Белки 245Рис. 3.18. Относительная частота встречаемости трех белковых доменов в организмах пяти эукариот.Приведенные здесь приблизительные данные рассчитаны как частное от деления числа копий каждогодомена на общее число белков, кодируемых каждым из организмов, что установлено по последовательности их геномов. Таким образом, для доменов SH2 в организме человека имеем 120/24 000 = 0,005.особенно важен для многоклеточного организма (сравните многоклеточные организмы с дрожжами на рис. 3.18).3.1.9. Определенные пары доменов встречаются во многих белкахМы можем составить большую таблицу, показывающую степень используемости доменов во всех организмах, последовательности геномов которых известны.Например, геном человека, согласно оценкам, содержит около 1 000 доменов иммуноглобулина, 500 доменов протеинкиназы, 250 ДНК-связывающих гомеодоменов,300 доменов SH3 и 120 доменов SH2.
Важная дополнительная информация можетбыть получена при сравнении частоты встречаемости и расположения доменов в болеечем 100 геномах эукариот, бактерий и архей, которые полностью секвенированы.Например, мы находим, что более чем две трети белков состоят из двух и болеедоменов, и что одни и те же пары доменов неоднократно встречаются в одинаковомвзаимном расположении в белке. Хотя половина всех семейств доменов есть у архей,бактерий и эукариот, только около 5 % двудоменных сочетаний являются общимидля всех этих групп организмов.
Такая закономерность позволяет предположить,что большинство белков, содержащих особенно важные двудоменные сочетания,возникло на сравнительно поздних этапах эволюции.200 самых распространенных двудоменных сочетаний встречаются примерноу одной четверти всех белков, домены которых есть в полной базе данных. Поэтомубыло бы очень полезно определить точную трехмерную структуру по крайней мереодного белка для каждого общего двудоменного сочетания, с тем чтобы показать,246Часть 1. Введение в мир клеткикак эти домены взаимодействуют в белковых структурах соответствующих типов.3.1.10. Геном человека кодирует сложный набор белков и являетнам многое, что остается еще непонятымРезультаты секвенирования генома человека оказались удивительными, потому что они показали, что наши хромосомы содержат всего лишь около 25 000генов. Если судить только по числу генов, то может показаться, что мы устроеныне сложнее, чем крошечный сорняк горчицы, арабидопсис, и только в 1,3 разасложнее червя нематоды.
Последовательности геномов показывают также, чтопозвоночные унаследовали почти все свои белковые домены от беспозвоночных,и только 7 процентов идентифицированных доменов человека являются специфичными для позвоночных.Однако в среднем, все наши белки организованы сложнее (рис. 3.19).
Перетасовка доменов во время эволюции позвоночных обусловила появление многихновых комбинаций белковых доменов, так что в итоге в белках человека встречается почти вдвое больше сочетаний доменов, чем в белках червя или мухи. Так,например, в белках человека домен трипсин-подобной сериновой протеазы связанс белковыми доменами по крайней мере 18-ти типов, тогда как у червя, как известно,он ковалентно связывается лишь с 5-ю различными доменами. Это дополнительное разнообразие в наших белках значительно увеличивает диапазон возможныхмежбелковых взаимодействий (см.
рис. 3.82), однако не известно, способствует лионо сколько-нибудь развитию в нас человеческой сущности.Сложность живых организмов ошеломляет, и весьма отрезвляюще звучит тотфакт, что мы в настоящее время не имеем даже самого отдаленного представленияо возможных функциях более чем 10 000 белков, которые к настоящему времениидентифицированы в геноме человека. Несомненно, следующему поколению клеточных биологов предстоит разгадать множество завораживающих таинств природы,которые она являет в избытке.3.1.11. Крупные белковые молекулы часто содержат более однойполипептидной цепиТе же слабые нековалентные связи, которые придают белковой цепи специфическую конформацию, позволяют белкам также связываться друг с другом и образовывать в клетке внушительные структуры.
Любую область поверхности белка,которая может взаимодействовать сдругой молекулой за счет образования нековалентных связей, называютучастком связывания, или сайтом связывания (binding site). Белок можетсодержать участки связывания разРис. 3.19. Доменная структура группы эволюционно родственных белков с предположительно сходными функциями. Вообще, для белков наиболее сложных организмов, таких какчеловек, характерно наличие дополнительныхдоменов — как в случае сравниваемого здесьДНК-связывающего белка.Глава 3. Белки 247личных больших и малых молекул. Если некоторый участок связывания узнаетповерхность какого-либо второго белка, то прочное связывание двух свернутыхполипептидных цепей в этом участке приводит к образованию более крупной молекулы белка с точно заданной геометрией.
Все полипептидные цепи в таком белкеназывают белковыми субъединицами.В простейшем случае две одинаково свернутые полипептидные цепи связываются друг с другом в расположении «лицом к лицу», образуя симметричныйкомплекс из двух белковых субъединиц (димер), скрепляемый воедино за счетРис. 3.20. Две идентичные белковые субъединицы связываются вместе с образованием симметричногобелкового димера. Белок Cro-репрессор бактериофага лямбда связывается с ДНК, чтобы «выключить»определенные гены вируса. Две идентичные субъединицы этого белка связаны «голова к голове» искреплены воедино за счет комбинации гидрофобных сил (синих) и водородных связей (желтая область).
(Переработано из D. H. Ohlendorf, D. E. Tronrud, B. W. Matthews, J. Мol. Biol. 280: 129–136, 1998. Сразрешения Academic Press.)взаимодействий между двумя идентичными участками связывания. Примеромслужит Cro-репрессор бактериофага лямбда — регуляторный белок, которыйсвязываясь с ДНК, выключает экспрессию некоторых вирусных генов в зараженной бактериальной клетке (рис. 3.20). Клетки содержат множество других типовсимметричных белковых комплексов, образованных из многочисленных копийодной полипептидной цепи.
Например, фермент нейраминидаза состоит из четырех одинаковых белковых субъединиц, соединенных друг с другом по принципу«голова к хвосту» в замкнутое кольцо (рис. 3.21).Многие белки в клетках содержат полипептидные цепи двух и более типов.Гемоглобин — белок, обратимо связывающий кислород и содержащийся в красныхкровяных тельцах, — состоит из двух одинаковых субъединиц α-глобина и двуходинаковых субъединиц β-глобина, симметрично расположенных друг относительнодруга (рис. 3.22).
Такие многосубъединичные белки содержатся в клетках в большом количестве и могут быть огромных размеров. На рис. 3.23 представлен рядбелков, структуры которых установлены, для сравнения их по размеру и форме– от нескольких больших белков до нескольких относительно малых, с моделямикоторых мы уже знакомили читателя.3.1.12. Некоторые белки образуют длинные спиралевидные нитиНекоторые белковые молекулы могут собираться в филаменты (нити), которыемогут простираться по всей длине клетки. Проще всего длинная цепь одинаковых248Часть 1. Введение в мир клеткиРис. 3.21.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
