Том 1 (1129743), страница 62
Текст из файла (страница 62)
а) Структура комплекса из пяти белков,который включает в себя убиквитинлигазу E2. Белок, обозначенный здесь как сопрягающий адаптер 1,представлен белком Rbx1/Hrt1, сопрягающий адаптер 2 — белком Skp1, а куллин — белком Cul1.б) Сравнение одного и того же комплекса с двумя различными субстрат-связывающими отростками —белками F-блок, соответственно, Skp2 (вверху) и β-trСP1 (внизу). в) Связывание и убиквитинированиецелевого белка SCF убиквитинлигазой.
Если, как показано, цепь молекул убиквитина прикрепляется кодному и тому же лизину целевого белка, то этот белок получает метку (можно сказать «черную метку»)на быстрое разрушение протеасомой. (Изображения а и б переработаны из G. Wu et al., Mol. Cell 11:1445–1456, 2003. С любезного разрешения издательства Elsevier.)помещается в зазоре таким образом, что некоторые из его лизиновых боковыхцепей входят в контакт с убиквитин-конъюгирующим ферментом.
В результатеэтого фермент получает возможность многократно катализировать присоединениеубиквитинового полипептида к этим лизинам (см. рис. 3.79, в), производя полиубиквитиновую цепь, которая становится меткой для быстрого разрушения целевогобелка в протеасоме (см. стр. 393).Подобным же образом определенные белки помечаются для быстрого разруше-314Часть 1. Введение в мир клеткиния в ответ на определенные сигналы, что способствует планомерному протеканиюклеточного цикла (обсуждается в главе 17).
Определение временнûх моментовразрушения зачастую предполагает создание специфической схемы фосфорилирования целевого белка, что необходимо для его опознания субъединицей F-бокс. Длятакого рода хронометрирования также требуется активация убиквитинлигазы SCF,которая несет на себе сответствующий субстрат-связывающий отросток. Многие изтаких отростков (субъединиц типа F-бокс) взаимозаменяемы в подобных белковыхкомплексах (см. рис.
3.79, б), и существует более 70 генов человека, которые ихкодируют.Как было подчеркнуто ранее, как только в результате эволюции появляетсяудачный белок, природа стремится дублировать его генетическую информацию,чтобы положить начало семейству родственных белков. Так, например, мало тогочто существует целое множество белков F-бокс, — что делает возможным узнавание различных наборов целевых белков, — имеется также и семейство каркасов(известных под более претенциозным названием куллинов), которые образуютсемейство SCF-подобных убиквитинлигаз.Давление естественного отбора на живые организмы, оказываемое с цельюминимизировать число генов (см. стр.
265), возможно, помогает объяснить, почему РНК-сплайсинг столь распространен у высших эукариот, ибо это позволяетсинтезировать многочисленные родственные белки из одного-единственного гена(обсудим это в главе 6). Белковая машина, построенная наподобие убиквитинлигазы SCF, с ее взаимозаменяемыми частями, аналогичным образом обеспечиваетэкономичное использование генетической информации в клетках, поскольку новыефункции всего комплекса могут возникать в ходе эволюции попросту за счет появления альтернативного варианта одной из его субъединиц.3.2.30. Активация белковых машин зачастую предполагает размещение их на специфических участкахПо мере того как ученые проникали во все более и более сокровенные тайныклеточной биологии, они постигали химию клетки на все более и более высокомуровне. Таким образом, кроме того что, как теперь знаем, преобладающую рольв ней играют белковые машины, недавно стало очевидно, что большинство такихмашин формируется на определенных участках клетки и активируется только там итогда, где и когда они необходимы.
Используя флуоресцентно-меченые — слитые сзеленым флуоресцентным белком (GFP) — белки в живых клетках (см. стр. 593),цитологи могут проследить за изменением положения конкретных белков, котороепроисходит в ответ на определенные сигналы. Таким образом, когда некоторыевнеклеточные сигнальные молекулы связываются с рецепторными белками в плазматической мембране, они часто привлекают группу других белков к внутреннейповерхности плазматической мембраны, с тем чтобы сформировать белковые машины, которые передают поступивший сигнал дальше. В качестве примера на рис.3.80, а показано быстрое движение фермента протеинкиназы C (PKC) к некоторомукомплексу в плазматической мембране, где она связывается со специфическимибелками-субстратами, которые и фосфорилирует.В клетках человека обнаружено более 10 различных ферментов РКС, которыеотличаются и по способу регулирования, и по функциям.
Будучи активированы,эти ферменты перемещаются из цитоплазмы в различные области внутри клетки иГлава 3. Белки 315Рис. 3.80. Сборка белковых машин в определенных участках клетки. а) В ответ на сигнал (в данномслучае эфир форбола) γ-разновидность протеинкиназы C быстро перемещается из цитозоля к плазматической мембране. Протеинкиназа флуоресцирует в этих живых клетках, потому что соответствующий,встроенный методами генной инженерии, ген в клетке кодирует рекомбинантный белок, в которомкиназа соединена с зеленым флуоресцентным белком (GFP). б) Специфическая ассоциация различныхподвидов протеинкиназы C (aPKC) с апикальной верхушкой дифференцирующегося нейробласта (раннийэмбрион дрозофилы).
Киназа окрашена красным, а ядро клетки — зеленым. в) Схема, показывающая,как пространственная близость, создаваемая каркасными белками, может значительно ускорить протекание реакций в клетке. В данном примере длинные неструктурированные области полипептиднойцепи в крупном каркасном белке соединяют ряд структурированных доменов, таким образом связываягруппу участвующих в реакции белков. Неструктурированные области служат гибкими «привязями», которые намного ускоряют скорости реакций за счет организации быстрого случайного столкновения всехбелков, связанных с каркасом.
(Простой пример «привязи» представлен на рис. 16.38.) (Изображение азаимствовано из N. Sakai et al., J. Cell Biol. 139: 1465–1476, 1997. С любезного разрешения издательстваThe Rockefeller University Press. Схема б любезно предоставлена Andreas Wodarz, Institute of Genetics,University of Düsseldorf, Germany.)образуют с другими белками специфические комплексы, которые позволяют им фосфорилировать различные белковые субстраты (рис. 3.80, б). SCF-убиквитинлигазымогут также перемещаться в определенные участки для выполнения положеннойфункции в заданный момент времени. Как будет объяснено позже при обсуждениив главе 15 темы передачи сигналов в клетках, в подобного рода механизмы частововлечены процессы фосфорилирования белка, равно как и каркасные белки(scaffold proteins), которые сводят воедино набор активирующих, ингибирующих,адапторных и субстратных белков в определенном местоположении в клетке.Это общее явление известно как индуцированное сближение (induced proximity)и объясняет в некотором смысле то озадачивающее наблюдение, что немного различные формы ферментов с одним и тем же каталитическим участком зачастую316Часть 1.
Введение в мир клеткиРис. 3.81. Мультицентровая модификация белка и ее воздействие. Белок, который несет посттрансляционный довесок на боковых цепях более чем одной из своих аминокислот, можно рассматривать какбелок, несущий комбинаторный регуляторный код. а) Схема известных ковалентных модификаций белкаp53; убиквитин и SUMO суть родственные полипептиды (см. таблицу 3.3). б) Возможные модификациипервых 20 аминокислот, считая с N-конца гистона H3; показаны не только их местоположения, но такжеих активирующее (синим) и ингибирующее (красным) воздействие на появление ковалентных модификаций по-соседству.
В дополнение к показанным воздействиям, ацетилирование и метилирование лизинаявляются взаимно исключающими реакциями (см. рис. 4.38). в) Диаграмма, показывающая общий способвсевозможных модификаций белков: модифицирующие группы ковалентно присоединяются к ним (иудаляются с них) через сети передачи сигналов — и то, как получающийся комбинаторный регуляторныйкод на белке считывается для определения дальнейшего пути этого белка в клетке.Глава 3. Белки 317Таблица 3.3. Некоторые молекулы, ковалентно связанные с белками, регулируют функции этихбелковМОДИФИЦИРУЮЩАЯГРУППАФосфат на Ser, Trp или TyrМетил на LysАцетил на LysПальмитиновая группана CysN-ацетилглюкозаминна Ser или TrpУбиквитин на LysНЕКОТОРЫЕ ХАРАКТЕРНЫЕ ФУНКЦИИСтимулирует сборку белков в крупные комплексы (см.
рис. 15.19).Способствует созданию гистонного кода на хроматине, образуямоно-, ди- или триметиллизины (см. рис. 4.38).Способствует созданию гистонного кода на хроматине (см.рис. 4.38).Присоединение такого остатка жирной кислоты способствует прикреплению белка к мембранам (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
