Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 130
Текст из файла (страница 130)
7.13. Мотив спираль поворот спираль регуляторных белков бактерий часто встроен в различные структурные контексты, тогда как тот же мотив в гомеодоменах всегда окружен одной и той же структурой (образующей остальную часть гомсодомена), что означает, что этот мотив всегда презентируется Д11К одним и тем же способом. Действительно, структурные исследования показали, 64~,' Й)ФЬФ' Ф))а)й(я(ямФФФаввсй(ввзвв)вв)1(га)33 Рис.7.13. Гомеодомен, связанный со специаической последовательиостью ДНК. Показаны две разные проекции одной и той же структуры. а) Гомеодомен свернут в три а-спирали, которые плотно упакованы при помощи гидрофобных взаимодействий.
Участок, включающий спирали 2 и 3, напоминает мотив спираль поворот спираль. б) Узнающая спираль (спираль 3, красная) образует важные контакты с большой бороздкой ДНК. Например, как показано на рис. 7 9, аспарагин (Азп) спирали 3 контактирует с аденином, Подвижное плеча, связанное со спиралью 1, контактирует с нуклеотндными парами в малой бороздке. Представленный здесь гомеодомен является частью регуляторного белка дрожжей, но он очень близко напоминает гомеодомены многих зукариотических организмов.
(Адаптировано из С. Ууо)ьегбег ет а)., Сей б7: 517-528, 1991. С разрешения Е)зеу)ег.) что гомеодоменный белок дрожжей и гомеодоменный белок дрозофилы обладают очень похожей конформацией и узнают ДНК практически одинаковым образом, хотя они идентичны только по 17 из 60 аминокислот (см. рис.
3.13). 7.2.7. Существует несколько видов связывающихся с ДНК влотивов типа ггцинковьгй палеца Мотив спираль-поворот-спираль состоит исключительно из аминокислот, а вто рая важная группа связывающихся с Д11К мотивов содержит в качестве структурных компонентов один или более атомов цинка.
Все подобные цинк. координированные мотивы, связывающиеся с ДН К, называются «цинковыми пальцами» (х)п)с Пщегв), но это описание относится только к их внешнему виду на схематических изображе ниах со времени их первого открытия (рис. 7.14, а). Последующие структурные исследования показали, что они делятся на несколько различающихся по структуре групп, две из которых мы здесь рассмотрим.
Первый тип первоначально открыт у белков, активирующих транскрипцию гена рибосомной РНК эукариот. Он об ладает простой структурой, в которой цинк удерживает вместе а спираль и Р слой (рис. 7.1г), б). Подобный тип «цинкового пальца» часто находят в тандемных класте рах, где а спираль каждого из участников может контактировать с болыпой борозд кой ДНК, образуя практически непрерывный участок а-спиралей вдоль бороздки, Таким образом, сильное и специфическое взаимодействие ДНК вЂ” белок создается на основе повторяющихся основных структурных элементов (рис. 7.15). Другой тип «цинкового пальца» обнаружен у большого семейства внутриклеточ ных рецепторных белков (подробно описано в главе 15).
В этом случае образуется 28 4 ноос -н У вЂ” НН, К 88';$: К 'Ъ' -"Ф' Н,й в С' ! й Е 8 ( ! и ( А 8 ( ( 8 Р ттг к )г а) Фж ноо Рис. 7.14. Один из типов «цинковьж пальцев». этот белок относится к семейству Суз-Суз-Н(з-Нв белков, содержащих «цинковый палец», названных так согласно аминокислотам, удерживающим цинк.
а) Схематичное изображение ами иоки слотной последовательности «цинкового пальца» белка лягушки, принадлежащего к подобному классу. б) трехмерная структура того же типа «цинкового пальца», состоящего нз антипараллельного (3-листа (аминокислоты 1-10), за которым следует а-спираль (аминокислоты 12-24). Четыре аминокислоты, которые связывают цинк (Суз 3, Суз 6, Нв 10 и Нв 23), прочно удерживают один конец и-спирали с одним из концов ()-слоя. (Адаптировано из М, 5. Сее ез а(. 5сгепсе 245: 635-637, 1989. С разрешения ААА5.) структура иного вида (схожая в некотором отношении с мотивом спираль.поворот спираль): здесь две а спирали упакованы вместе с атомами цинка (рис.
7.16). Эти белки, так же как и белки с мотивом спираль-поворот спираль, обычно образуют димеры, которые позволяют одной из двух а спиралей от каждой субъединицы взаимодейспювать с болыпой бороздкой Д11К. Два описываемых в этой главе типа «цинковых пальцев» различаются по структуре, но обладак>т двумя важными одинаковыми чертами: оба используют цинк в качестве структурного компонента н оба используют и спираль для узнавания болыпой бороздки Д(1К. 7.2.8. 1)-слои также могут узнавать ДНК У рассмотренных до этого Д11К-связывающих мотивов гх спирали являются основным механизмом, используемым для узнавашш специфических носледова тельностей Д11К.
Однако одна большая группа регуляторных белков использует совершенно иной способ распознавания. В данном случае информацию на поверх ности больпгой бороздки «считывает» двухцепочечный Р слой с боковыми цепями аминокислот, протянувшимися от () слоя к Д11К (рис. 7.17). Как и в случае с рас познаванием при помощи сс спирали, этот мотив из () слоев может быть использован для узнавания множества различных последовательностей Д11К.
Вид конкретно узнаваемой последовательности Д11 К зависит от последовательности аминокислот, которые составляют () слой. Рис. 7.17. Бантериальиый белок-репрессор метионинового вперена. Метиониновый репрессор бактерий регулирует гены, которые нодируют ферменты, катализирующие синтез метионина. При избытке этой аминонислоты она связывается с репрессором, вызывая изменение его структуры, что позволяет этому белку прочно связываться с ДНК, выключая синтез ферментов. о) Для прочного связывания с ДНК метиониновый репрессор должен образовать комплекс с 5-аденозилметионином, который выделен красным. Одна субъеди ница белнового ди мера показана зеленым цветоьт другая -голубым, Связывающийся с Днк двухцепочечный 8-слой содержит по одной цепи от каждой субьединицы; илпи обозначены темно зеленым и синим цветами.
6) Упрощенная схема связывания мет ион и нового реп рессора и ДНК, показывающая, как двухцепочечный 8-слой репрессора связывается с большой бороздкой ДНК Для упрощения другие участки репрессора не показаны. (а — адаптировано из 5. Рышрэ, снгг. Ори. 5ггисг.
Вю). 1: 89-98, 1991, с разрешения Е!эешег; б — адаптировано из уу. 5огпегэ апб 5. Рьа!Рэ, Напив 359: 387-393, 1991, с разрешения МастИ!ап Риы!эпегэ Ид.! 7.2.9. У некоторых белков для узнавания ДНК используются петли, которые входят в большую и малую бороздки ДНК Несколько связывающихся с Д1 1К белков ищюльзуют для считывания нуклсо тидной последовательности не а спирали и !) листы, а выступающие пептидные петли. Например, белок р53, важный опухолевый супрессор (1иглог эирргезэог! человека, при помощи таких петель узнает нуклсотидные пары в большой и ма лой бороздках (рис.
7.18). Нормальная функция р53 заключается в строгом регулировании роста и пролифсрации клетки. Оценить важность данного белка позволяет слсдукхций факт: почти половина всех раковых клеток человека при обретает соматические мутации в гснс белка р53, н, как будет видно в главе 20, этот этап является ключевым в развитии множества опухолей. Многие из отме ченных в раковых клетках мутаций р53 разрушают или изменякп сто связывание с ДНК; действительно, при раке человека наиболее часто в белке р53 мутирован аминокислогный остаток Агд 248, который контактирует с малой бороздкой ДНК (см. рис.
7.18). 7.2.10. Мотив гглейциновая молнияа опосредует как связывание с ДНК, так и димеризацию белка Многие рсгуляторные белки рвспознакп ДН К как гомодимеры, вероятно, из за того, что, как мы видели, зто является самым простым способом достичь сильно го специфического связывания (см.
рис. 7.12). Обычно часть белка, отвечающая за димеризацию, отличается от части, ответственной за связывание с ДНК Однако Рис. 7.18. Распознавание ДНК белком р53. Самые важные контакты с ДНК образуют аргинин 248 и лизин 120, которые отходятот выступающих петель, входящих внутрь малой и большой бороздок.
Для сворачивания белка р53 требуется атом цинка (показан в виде сферы), но способ, которым цинк удерживается в этой структуре, совершенно отличается от способа, используемого содержащими «цинковый палец« белками, описанными ранее. один мотив просто и практично со четает в себе обе эти функции. Он называется мотив «лейциновая молния», получив свое имя из за сггособа, каким две а спирали, по одной от каждого мономсра, со сдиняются вместе и образуют ко роткую биспираль (см. рис.
3.9). Спирали удерживаются вместе с гюмощью взаимодействий между гидрофобными боковыми цепями аминокислот (чагцс всею лсйцина), отходящими от одной стороны каждой цепи. Сразу же за областью димеризационного контакта две а спирали расходятся и об разуют г'-образную структуру, которая позволяет их боковым цепям контактировать с большой бороздкой ЛНК. Таким образом, димср захватывает двойную спираль, как пршцспка бельевую веревку (рис. 7.19).
Рис. 7.19. Димер «лейциновой молниия, связанный с ДНК. Два а-спиральных связывающихся с ДНК домена (внизу) димеризуются в а-спиральной области «лейциновой молнии» (вверху) и образуют перевернутую у-образную структуру. Каждое плечо у-структуры образовано одной а-спиралью (по одной от каждого мономера), опосредующей связывание со специфической последовательностью ДНК в большой бороздке. Каждая а-спираль связывается с половиной си мметричной структуры ДНК.
Приведена структура белка бсп4 дрожжей, регулирующего гран скрип цию в зависимости от наличия аминокислот в окружающей среде. (Адаптированоо из Т. Е. Ебе лье гбег ет а(., Сей 71: 1223-1237, 1992. С разрешения Е)зеыег) 7.2Л 1. Гетеродиаяеризация расширяет набор распознаваевльгх регуляторньгаяи белкааяи последовательностей ДНК Многие из до этого рассмотренных нами регуляторных белков связывают ся с ДНК как гомоднмеры, то есть как димеры, состоящие из двух одинаковых субъсдиниц.
Однако множество регуляторных белков может также соединяться с нсидентичными партнерами, образуя гетеродимеры, состоящие из двух различ ных субъсдиниц. Поскольку гетсродимеры обычно образуются из двух белков, которые отлнчакпся по специфичности связывания с ДНК, то смешение и сочс тание регуляторных белков подобным образом значительно расширяет репертуар ДНК связывающих специфичносгей, который могут показать эти белки. Как по казано на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
