Том 1 (1129743), страница 64
Текст из файла (страница 64)
Сети белковых взаимодействий надлежит интерпретировать с должнойосмотрительностью, потому что в результате эволюции, эффективно использующейгенетическую информацию всех живых организмов, один и тот же белок можетбыть использован как часть двух различных белковых комплексов, которые выполняют функции разного типа. Так, если, скажем, белок А связывается с белкомB, а белок B связывается с белком C, то из этого отнюдь не следует, что белкиА и C функционируют в одном и том же процессе. Например, из доскональныхбиохимических исследований мы знаем, что функции белка Skp1 в кинетохореи вакуолярной сборке H+–ATPаза (желтый фон) отличаются от его функции вSCF-убиквитинлигазе. Фактически только последние три функции белка Skp1 изпредставленных на схеме: в синтезе метионина, в регулировании клеточного циклаи в истоке репликации (зеленый фон) — предполагают убиквитинирование.3.
В ходе межвидовых сравнений те белки, которые показывают подобныепрофили на обеих картах белковых взаимодействий, весьма вероятно, имеют одинаковую функцию в клетке. Таким образом, поскольку ученые получают все болееи более подробные карты для множества организмов, результаты становятся всеболее и более пригодными для выяснения функции белка.
Такой сравнительныйанализ карт представляет собой особенно действенный инструмент для выясненияфункций белков человека. Большое количество прямой информации о функциибелка (каковая не может быть раскрыта организмом самого человека) может бытьполучено средствами генной инженерии, мутационного и генетического анализа входе экспериментов с модельными организмами — такими как дрожжи, черви имухи.Имеющиеся в нашем распоряжении данные позволяют предположить, что типичный белок в клетке человека может взаимодействовать с различными партнерами,322Часть 1.
Введение в мир клеткичисло которых может варьировать от 5 до 15. Часто каждый из различных доменов мультидоменного белка связывается со своей группой партнеров; фактически,мы можем предположить, что необычайно огромные многодоменные структуры,обнаруженные в клетках человека, могли появиться в ходе эволюции ради того,чтобы облегчить возникновение таких взаимодействий. Исходя из огромной сложности сетей взаимодействия макромолекул в клетках (рис.
3.83), можно прийти кочевидному умозаключению, что на раскрытие всего их функционального значенияу ученых мужей уйдет не одно столетие напряженного труда.ЗаключениеБелки способны образовывать необычайно искусные химические механизмы, функции которых в значительной степени зависят от тонких химическихсвойств их поверхности. Участки связывания лигандов формируют на поверхности белка полости, в которых точно размещенные боковые цепи аминокислотсближены друг с другом за счет соответствующей укладки полипептиднойцепи белка. Подобным же образом обычно инертные в реакционном отношениибоковые цепи аминокислот могут активироваться путем образования и разрываковалентных связей.
Ферменты представляют собой каталитические белки,которые значительно ускоряют скорости реакций, связывая на определенномэтапе реакции промежуточные продукты высокой энергии; вдобавок к этомуони способны осуществлять одновременно кислотный и основный катализ.Зачастую скорости ферментативных реакций бывают настолько быстрыми,что их лимитирует только диффузия; скорости могут достигать еще большихзначений, если ферменты, поочередно воздействующие на субстрат, объединеныв единый мультиферментный комплекс или если ферменты и их субстратысосредоточены в одних и тех же компартментах клетки.Белки обратимо изменяют свою форму, когда лиганды связываются с ихповерхностью.
Аллостерические изменения конформации белка, производимыеодним лигандом, влияют на связывание второго лиганда, и такое сопряжениемежду двумя участками связывания лигандов обусловливает важнейший механизм регулирования происходящих в клетке процессов. Например, метаболические пути регулируются по типу обратной связи: одни малые молекулыингибируют, а другие малые молекулы активируют ферменты, стоящие вначале пути.
Обычно управляемые таким способом ферменты образуют симметричные сборки, что позволяет им давать быструю ответную реакцию– благодаря кооперативным конформационным изменениям, происходящим вовсем комплексе, – на изменение концентрации лигандов, регулирующих активность этих ферментов.За счет потребления химической энергии могут осуществляться однонаправленные изменения формы белка.
Например, благодаря сопряжению аллостерического изменения формы с гидролизом ATP, белки могут выполнять полезнуюработу, такую как сообщение механической силы или перемещение на длинныерасстояния в одном направлении. Трехмерные структуры белков, определенные методами рентгеновской кристаллографии, явили нашему взору механизм,посредством которого небольшое локальное изменение, вызванное гидролизомнуклеозидтрифосфата, усиливается, с тем чтобы произвести существенныеизменения в каком-либо другом месте белковой молекулы. Будучи наделенысредствами подобного рода, такие белки могут служить устройствами «ввода-Глава 3.
Белки 323вывода», которые служат своего рода передатчиками информации, факторамисборки, моторами или прикрепленными к мембране насосами. Высокоэффективные белковые машины образуются путем включения большого числа различныхмолекул белка в более крупные ансамбли, в которых полностью согласованыаллостерические движения отдельных компонентов.
Как теперь известно, такиемашины осуществляют многие наиболее важные процессы в клетках.Белки подвергаются множеству обратимых посттрансляционных модификаций, таких как ковалентное присоединение фосфатной или ацетильнойгруппы к боковой цепи определенной аминокислоты. Прикрепление такихмодифицирующих групп используется для регулирования активности белка,изменения его конформации, связывания с другими белками и размещения вклетке. Типичный белок в клетке способен взаимодействовать с более чемпятью различными партнерами. Вооружившись новыми технологиями протеомики, биологи имеют возможность анализировать тысячи белков в однойсерии экспериментов.
Один из важнейших результатов — создание подробныхкарт белковых взаимодействий, которые призваны в конечном счете описатьвсе взаимодействия, связывающие между собой тысячи различных белков, наполняющих клетку.ЗадачиКакие из утверждений являются верными? Обоснуйте свой ответ3.1. Все цепи в β-листе представляют собой спираль с двумя аминокислотамина виток.3.2. Полипептидные петли, которые выступают на поверхности белка, частообразуют участки связывания других молекул.3.3. Любой фермент достигает максимальной скорости при высокой концентрации субстрата, потому что он имеет строго определенное число активных участков,на которых субстрат связывается.3.4.
Более высокая концентрация фермента соответствует более высокомучислу оборотов.3.5. Ферменты наподобие аспартаттранскарбамоилазы, которые подвергаютсякооперативным аллостерическим переходам, неизменно содержат большое числоидентичных субъединиц.3.6. Непрерывное присоединение и удаление фосфатов протеинкиназами ипротеинфосфатазами расточительно в плане расхода энергии — так как их совместное действие потребляет ATP, — но это необходимое условие эффективногорегулирования путем фосфорилирования.Обсудите следующие задачи3.7. Обсудите следующее утверждение.
«На создание по одной молекулекаждого возможного вида полипептидной цепи длиной 300 аминокислот ушло быбольше атомов, чем существует во Вселенной». Принимая во внимание размерыВселенной, считаете ли вы, что данное высказывание в принципе может бытьверным? Так как подсчет числа атомов — мудреное дело, рассмотрим эту задачус точки зрения массы.
Масса обозримой части Вселенной оценивается примернов 1080 граммов, плюс-минус один-два порядка величины. Если принять среднююмассу аминокислоты равной 110 дальтон, то какова была бы масса одной молекулы324Часть 1. Введение в мир клеткиРис. Q3.1. Повторяющийся домен kelch галактооксидазы у D.
dendroides (к задаче 3.9). Обозначены все семьотдельных β-пропеллеров. N- и C-концы обозначены,соответственно буквами N и C.каждого возможного вида полипептиднойцепи длиной 300 аминокислот? Превышаетли она массу Вселенной?3.8. Общепринятая методика идентификации белков, состоящих в дальнемродстве, заключается в следующем: по базеданных с использованием короткой сигнатурной последовательности, наличие которой свидетельствует об определенной функции белка.
Почему лучше проводитьпоиск по короткой последовательности, а не по длинной? Разве не будет большевероятность искомого события при совпадении длинных последовательностей избазы данных?3.9. Так называемый мотив kelch состоит из четырехцепочечного β-листа,который образует структуру, известную под названием β-пропеллера.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
