Том 1 (1129743), страница 50
Текст из файла (страница 50)
Процесс сборки на удивление сложен и включаетГлава 3. Белки 259Рис. 3.32. Структура вируса табачной мозаики (ВТМ). а) Электронный микрофотоснимок вируснойчастицы, которая состоит из одной длинной молекулы РНК, заключенной в цилиндрическую белковуюоболочку, состоящую из идентичных белковых субъединиц. б) Модель, показывающая часть структурыВТМ. Молекула одноцепочечной РНК из 6 395 нуклеотидов упакована в спиралевидную оболочку, построенную из 2 130 копий белка оболочки, состоящего из 158 аминокислот.
Инфекционные вирусныечастицы могут самособираться в пробирке из очищенных молекул РНК и белка. (Рисунок под буквой алюбезно предоставил R. Williams; б — R. J. Feldmann.)в себя формирование двойных белковых колец, которые служат промежуточнымизвеньями и добавляются к растущей вирусной оболочке.Еще одна сложная макромолекулярная конструкция, которая способна повторно собираться из составляющих ее частей, — бактериальная рибосома. Эта структурасостоит примерно из 55-ти различных белковых молекул и 3-х различных молекулрРНК.
Инкубирование отдельных компонентов при соответствующих условияхв пробирке приводит к самопроизвольной сборке в первоначальную структуру. Чтонаиболее важно, такие реконструированные рибосомы способны катализироватьсинтез белка. Как можно ожидать, повторная сборка рибосом идет по определенномупути: после того как определенные белки свяжутся с РНК, этот комплекс узнаетсядругими белками, и так далее, пока структура не будет полностью собрана.Все еще не ясно, как регулируются некоторые из более сложных процессовсамосборки. Например, многие структуры в клетке, как оказалось, имеют точнозаданную длину, которая во много раз превышает протяженность составляющих ихмакромолекул. Как достигается столь точное пред-определение длины, является во260Часть 1.
Введение в мир клеткиРис. 3.33. Три механизма, предопределяющих размер крупных белковых ансамблей. а) Совместнаясборка на вытянутом стержневом кор-белке (или иной макромолекуле), который выступает в ролидозатора. б) Завершение сборки из-за напряжения, которое накапливается в полимерной структурепо мере включения в нее дополнительных субъединиц, так что по достижении некоторой установленной длины энергия, необходимая для присоединения следующей субъединицы к цепи, становитсячрезмерно большой. в) Сборка по механизму Вернье, когда две группы стержнеобразных молекул,отличающихся по длине, формируют внутренне смещенный комплекс, который растет до тех пор, покаконцы этих молекул в точности не совместятся друг с другом.
Это название происходит от измерительногоустройства (верньера, или нониуса), основанного на том же принципе и применяемого в механическихизмерительных инструментах.многих случаях необъяснимой тайной. Три возможных механизма представлены нарис. 3.33. В наиболее простом случае длинный стержневой (кор) белок или другаямакромолекула служат каркасом, который предопределяет пределы окончательнойсборки. Это механизм, который определяет длину частицы ВТМ, где стержнем выступает цепь РНК. Подобным же образом кор-белок, как думают, определяет длинутонких филаментов в мышцах, равно как и размер длинных хвостов некоторыхбактериальных вирусов (рис. 3.34).3.1.18. Образованию сложных биологических структур часто помогают факторысборкиНе все клеточные структуры, собирающиесяв единое целое за счет нековалентных взаимодействий, делают это сами.
Например, митохондрия,ресничка или миофибрилла мышечной клетки немогут самопроизвольно образоваться в растворе,который содержит все входящие в их состав маРис. 3.34. Электронный микрофотоснимок бактериофага λ.Кончик хвоста вируса прикрепляется к специфическому белкуна поверхности бактериальной клетки, после чего плотно упакованная в его головке ДНК вводится через хвост в клетку. Хвостимеет точно заданную длину, определяемую механизмом, показанным на рис. 3.33, а.Глава 3. Белки 261кромолекулы. В подобных случаях часть необходимой для сборки информациипредоставляется специальными ферментами и другими белками, которые выполняют функцию матриц, направляющих построение по должному пути, но никоимобразом не присутствующих в окончательно собранной структуре.Даже относительно простым структурам может недоставать некоторых компонентов, необходимых для их сборки.
Например, при образовании некоторыхбактериальных вирусов головка, которая состоит из множества копий одной белковой субъединицы, собирается на временном каркасе, состоящем из другого белка.Поскольку второй белок отсутствует в конечной вирусной частице, головка неРис. 3.35. Протеолитическое расщепление при сборке инсулина. Полипептидный гормон инсулинне может самопроизвольно осуществлять эффективную повторную сборку после разрушения его дисульфидных связей. Он синтезируется в виде крупного белка (проинсулина), который расщепляетсяпротеолитическим ферментом, после того как белковая цепь свернется и примет специфическую форму.При вырезании части полипептидной цепи проинсулина удаляется и часть информации, необходимаядля самопроизвольного сворачивания белка в его естественную конформацию.
Как только инсулин будет денатурирован, его две полипептидные цепи отделятся одна от другой и способность к повторнойсборке будет утрачена.262Часть 1. Введение в мир клеткиможет самопроизвольно собраться вновь, если была разрушена. Известны и другие примеры, в которых протеолитическое расщепление является существенными необратимым шагом в естественном процессе сборки. Это относится даже к некоторым малым белковым сборках, в том числе к структурному белку коллагену игормону инсулину (рис. 3.35).
Из этих относительно простых примеров становитсяочевидно, что сборка такой сложной структуры, как например, митохондрия илиресничка, предполагает временнóе и пространственное упорядочение, сообщаемоеей множеством других компонентов клетки.ЗаключениеТрехмерная конформация молекулы белка определяется ее аминокислотнойпоследовательностью. Ее свернутая структура стабилизируется нековалентными взаимодействиями между различными частями полипептидной цепи.Аминокислоты с гидрофобными боковыми цепями тяготеют к образованиюкластеров внутри молекулы, а локальные взаимодействия на основе водородных связей между соседними пептидными связями дают начало α-спиралями β-листам.Глобулярные области, известные под названием домены, служат модульными единицами, из которых строятся многие белки; такие домены обычносодержат 40–350 аминокислот.
Малые белки, как правило, состоят толькоиз одного-единственного домена, тогда как крупные белки образованы из нескольких доменов, соединенных друг с другом участками полипептидной цепиразличной длины, при этом некоторые из таких областей могут быть относительно неупорядочены. В ходе эволюции белков домены видоизменялись и поновому сочетались с другими доменами, в результате чего появлялись новыебелки.
К настоящему времени известно приблизительно 800 различных способовукладки доменов для более 20 000 известных белковых структур.Белки объединяются в крупные структуры с помощью таких же некова-Рис. 3.36. Избирательное связывание белка с другой молекулой. Чтобы белок мог прочно связатьсяс другой молекулой, которая служит для него лигандом, необходимо образование большого числаслабых связей. Поэтому лиганд должен точно вписываться в участок связывания белка, как, скажем,рука входит в перчатку, с тем чтобы между белком и лигандом могло образоваться большое число нековалентных связей.Глава 3. Белки 263лентных взаимодействий, что и те, которые определяют сворачивание белка.Белки с участками связывания, настроенными на их собственную поверхность, могут собираться в димеры, замкнутые кольца, сферические оболочкиили спиралеобразные полимеры.
Хотя, как было показано, в пробирке смесибелков и нуклеиновых кислот способны самопроизвольно собираться в сложныеструктуры, многие биологические процессы сборки включают необратимые события. В силу этого не все клеточные структуры способны самопроизвольновоссоединяться после разделения их на составные части.3.2. Функция белкаКак мы могли убедиться, белок каждого определенного типа состоит из точнозаданной последовательности аминокислот, которая позволяет ему сворачиватьсяв специфическую трехмерную структуру, или конформацию. Но белки отнюдь неявляются жесткими кусками материала. Чаще всего они имеют искусно сработанныеподвижные органы, механические действия которых сопряжены с химическимипроцессами.
Именно эта взаимосвязь — химии и движения – придает белкам ихнеобыкновенные способности, которые лежат в основе динамических процессов,протекающих в живых клетках.В данном параграфе мы объясняем механизм избирательного связываниябелков с другими молекулами и разъясняем, как активность первых зависит отсвязывания с последними. Мы показываем, что способность связываться с другими молекулами позволяет белкам выполнять функции катализаторов, сигнальных рецепторов, переключателей, двигателей или крошечных насосов. Примеры,которые мы разбираем в этой главе, ни в коем случае не исчерпывают обширныйфункциональный репертуар белков.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
