Том 1 (1129743), страница 63
Текст из файла (страница 63)
рис. 10.20).Управляет активностью ферментов и экспрессией генов при глюкозном гомеостазе.Присоединение моноубиквитина регулирует перенос мембранныхбелков в пузырьках (см. рис. 13.58).Полиубиквитиновая цепь на белке служит сигналом к его деградации(см. рис. 3.79).Примечание: убиквитин представляет собой 76-аминокислотный полипептид; существует покрайней мере 10 родственных убиквитину белков, таких как SUMO, которые модифицируют белкианалогичным образом.имеют сильно отличающиеся биологические функции. Клетки меняют местоположение своих белков, ковалентно изменяя их множеством различных способов – какчасти «регуляторного кода», который будет описан позже.В результате таких модификаций на белках создаются участки, которыми онисвязываются с определенными каркасными белками, что позволяет группироватьбелки, необходимые для протекания заданных реакций в определенных областяхклетки.
Большинство биологических реакций катализируют наборы из 5 и болеебелков, и такая кластеризация часто требуется для протекания реакции. Такимобразом, благодаря каркасам клетки обретают возможность разделять реакции впространстве – по зонам клетки – даже при отсутствии мембран. Хотя кластеризация такого рода лишь недавно признана широко распространенным явлением,особенно ярко оно представлено в ядре клетки (см. рис.
4.69).Многие каркасы, как оказалось, весьма сильно отличаются от куллина, изображенного ранее на рис. 3.79: вместо того, чтобы удерживать связанные с нимибелки в точно установленных положениях друг относительно друга, в случае механизма индуцированного сближения взаимодействующие белки сводятся воединобесструктурными областями полипептидной цепи. В этом ограниченном пространствебелки часто сталкиваются друг с другом в случайных ориентациях — и некоторыестолкновения в конечном счете приводят к продуктивной реакции (рис. 3.80, в).В сущности, этот механизм значительно ускоряет реакции за счет создания оченьвысокой локальной концентрации реагирующих веществ.
По этой причине использование каркасных белков представляет собой особенно универсальный способуправления химией клетки (см. также рис. 15.61).318Часть 1. Введение в мир клетки3.2.31. Функционирование многих белков регулируется мультицентровой ковалентной модификациейК настоящему моменту мы успели описать посттрансляционную модификациюбелков только одного типа — ту, в ходе которой фосфат ковалентно присоединяется к боковой цепи аминокислоты (см.
рис. 3.64). Однако на самом деле числодругих таких модификаций огромно – всего известно более 200 различных типов.Таблица 3.3 призвана создать ощущение этого разнообразия – в ней представленаподборка модифицирующих групп с известными регуляторными функциями. Каки в случае фосфата, эти группы присоединяются и затем удаляются с белков соответственно нуждам и потребностям клетки.Теперь науке известно большое число белков, которые модифицируются не поодному, а по нескольким аминокислотным остаткам, причем различным регуляторным событиям соответствуют разные схемы таких модификаций.
Поразительныйпример являет нам белок p53, который играет центральную роль в управлении реакцией клетки на неблагоприятные воздействия окружающей ее среды (см. стр. 1105).Посредством одного из четырех различных типов молекулярных «присадок» этотбелок может быть модифицирован на 20 различных участках (рис. 3.81, а).
Ввидутого что возможно огромное число различных комбинаций этих 20 модификаций,поведение этого белка может, в принципе, быть изменено бесчисленным числомвариантов. Более того, схема модификаций на белке может определять его восприимчивость к дальнейшей модификации, как показано на примере гистона H3на рис. 3.81, б.Цитологи лишь недавно пришли к пониманию того, что присущий каждомубелку набор ковалентных модификаций образует важный комбинаторный регуляторный код. Когда определенные модифицирующие группы присоединяются кбелку или удаляются с него, этот код определяет тот или иной набор поведенческиххарактеристик белка, изменяя активность или стабильность самого белка, связывающихся с ним партнеров и его специфическое местоположение в клетке (рис.3.81, в).
Благодаря всему этому клетка имеет возможность быстро реагировать наизменения в состоянии окружающей ее среды и быстро адаптироваться к новымусловиям.3.2.32. В основе функционирования клетки лежит сложная сеть белковых взаимодействийДаже в нашу «постгеномную» эру, когда известны полные последовательностигеномов, перед цитобиологами все еще стоит немало сложнейших задач.
Одна изних — необходимость разложить на элементарные звенья и воссоздать каждуюиз тысяч белковых машин, которые существуют в организме таких как мы с вамисуществ. Для понимания этих впечатляющих белковых комплексов каждый из нихнужно воссоздать из очищенных составных частей, с тем чтобы затем изучать вовсех подробностях принцип его работы в контролируемых условиях – в пробирке,в отсутствие остальных компонентов клетки. Уже сама по себе такая задача неимоверно трудна. Но теперь мы знаем, что каждый из таких субкомпонентов клеткивзаимодействует также и с другими наборами макромолекул, в результате чего образуется обширная сеть взаимодействий типа белок–белок и белок–нуклеиноваякислота, простирающаяся по всей клетке.
Поэтому, для того чтобы постичь устроениеклетки, мы должны проанализировать также и большинство других взаимодействийГлава 3. Белки 319подобного рода.Мы можем получить некоторое представление о сложности внутриклеточныхбелковых сетей, познакомившись с особенно хорошо изученным примером, описываемым в главе 16: многие десятки белков, которые взаимодействуют с актиновымцитоскелетом клетки у дрожжей Saccharomyces cerevisiae (см. рис. 16.18).
Степеньили, лучше сказать, глубина таких межбелковых взаимодействий может быть оцененатакже и в более широком ракурсе. Огромное количество ценной информации теперьлегко найти в базах данных белков по сети Интернет: десятки тысяч трехмерныхструктур белков плюс десятки миллионов последовательностей белков, полученныхна основании нуклеотидных последовательностей генов.
Ученые разрабатываютновые методы информационной «проходки» этого бескрайнего ресурса, чтобы повысить нашу осведомленность о клетках. В частности, компьютерные возможностибиоинформатики в сочетании с робототехникой и технологиями, основанными намикроматрицах (см. стр. 574), позволяют исследовать тысячи белков в однойединственной серии опытов.
Для описания такого исследования, ориентированногона анализ белков в крупном масштабе, часто употребляют термин протеомика,который аналогичен термину геномика, описывающему широкомасштабный анализпоследовательностей ДНК и генов.Биологи используют два различных серийных метода картирования прямыхвзаимодействий между многими различными белками в клетке.
Первоначальныйвыбор метода основывался на генетике: при помощи хитроумной техники, известной под названием дрожжевая двугибридная система скрининга (yeast two-hybridscreen) (см. рис. 8.24), были картированы десятки тысяч взаимодействий междутысячами белков у дрожжей, у нематоды и у плодовой мушки дрозофилы. Ближе кнастоящему времени всеобщее признание обрел биохимический метод, основанныйна аффинном мечении (affinity tagging) и масс-спектроскопии (обсуждается в главе8), потому что он, как оказалось, дает меньше ложных результатов. Результаты этихи другого типа исследований, которые позволяют прогнозировать взаимодействиямежду белками, были сведены в таблицу и организованы в базы данных, доступныепо сети Интернет. Это позволяет клеточному биологу, изучающему небольшой наборбелков, легко обнаружить, какие другие белки в той же самой клетке, как думают,связываются с белками из этого набора и, таким образом, взаимодействуют с ними.При графическом отображении в виде карты белковых взаимодействий (proteininteraction map) каждый белок представлен прямоугольничком, или квадратиком,или точкой в двумерной сети, а прямые линии соединяют те белки, которые, какудалось установить, взаимодействуют друг с другом.Когда на одной карте показаны сотни или тысячи белков, диаграмма сетистановится ошеломляюще сложной и помогает понять, сколько еще нам предстоитпостичь, прежде чем мы сможем утверждать, что действительно изучили клетку.Намного более полезны маленькие подразделы таких карт, высвечивающие лишьгруппу из нескольких интересующих нас белков.
Так, на рис. 3.82 показана сетьмежбелковых взаимодействий пяти белков, образующих SCF-убиквитинлигазув клетке дрожжей (см. рис. 3.79). Четыре субъединицы этой лигазы расположеныв правой нижней части рис. 3.82. Последняя субъединица, белок F-блок, которыйслужит ее субстрат-связывающим отростком, представлена в виде набора из 15-тиразличных продуктов генов, которые связываются с белком-адаптором 2 (белокSkp1). По верхней и левой частям рисунка разбросаны наборы дополнительныхбелковых взаимодействий, отмеченных желтым и зеленым фоном: как показано,320Часть 1. Введение в мир клеткиРис. 3.82.
Карта некоторых межбелковых взаимодействий SCF-убиквитинлигазы и других белков удрожжей S. cerevisiae. Символы и (или) цвета, используемые для 5 входящих в молекулу лигазы белков,соответствуют таковым на рис. 3.79. Обратите внимание, что показаны 15 различных белков F-блок(фиолетовый фон); те, что помечены белыми буквами (начинаются с Y), известны лишь гипотетическипо последовательности генома как продукты открытых рамок считывания. Подробности сообщаются втексте. (Схема любезно предоставлена Peter Bowers и David Eisenberg, UCLA-DOE Institute for Genomicsand Proteomics, UCLA.)эти наборы белков работают в репликации ДНК, задействованы в управлении клеточным циклом, участвуют в синтезе метионина, несут свою службу в кинетохореи в вакуолярной сборке H+–ATPаза.
Мы будем опираться на этот рисунок, чтобыобъяснить, как такие карты белковых взаимодействий используются и что онимогут показать, а что не могут.1. Карты белковых взаимодействий удобны для распознавания вероятной функции еще неохарактеризованных белков. Примеры представлены теми продуктамигенов, о которых ко времени исследования известен (по последовательности геномадрожжей) лишь факт их существования; это шесть белков на рисунке, для которыхне дано трехбуквенное обозначение (белые буквы, начинающиеся с Y). Один изних, продукт так называемой открытой рамки считывания YDRl96C, расположенв основании репликационной группы и поэтому он, по всей вероятности, играет туГлава 3.
Белки 321Рис. 3.83. Сеть белок-белковых взаимодействий в клетке дрожжей. Каждаялиния, соединяющая пару точек (белков), отмечает взаимодействие междуними. (Заимствовано из A. Guimerá andМ. Sales-Pardo, Mol. Syst. Biol. 2: 42, 2006.С разрешения издательства MacmillanPublishers Ltd.)или иную роль в запуске новыхрепликационных вилок. Остальные пять из представленных наэтой схеме белков относятся кбелкам F-блока, которые связываются с белком Skp1; поэтомуони, вероятно, работают как составная часть убиквитинлигазы,служа субстрат-связывающимиотростками, которые распознают различные целевые белки.Однако, как мы обсудим далее, никакие предписанные таким способом функциинельзя счесть достоверными без привлечения дополнительных данных.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
