Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 199
Текст из файла (страница 199)
Энергетическая необходимость максимально образовывать водородные связи в отсутствие воды означает, что входящая в бислой полипептидная цепь скорее всего прошьет его насквозь и только после этого изменит свое направление. Это объясняется тем, что искривление цепи требует нарушения регулярности водородных связей. Но многопроходные мембранные белки могут содержать области, упаковывающиеся в мембрану с какой-либо стороны и проникающие в пространство между трансмембранными а-спиралями без взаимодействия с гидрофобным центром липидного бислоя. Поскольку такие участки полипептидной цепи контактируют только с другими полипептидными участками, им нет необходимости максимизировать количество образованных водородных связеи; таким образом, они могут иметь разнообразную вторичную структуру, включая спирали, распространяющиеся только на часть липидного бислоя (рис.
10.23). Такие области важны для функционирования некоторых мембранных белков, включая каналы для К' и воды; эти участки входят в состав стенок поры, прошивая мембрану и задавая субстратную специфичность каналов, как мы обсудим в главе 11. Эти области нельзя идентифицировать при помощи профилей гидрофобности, для этого используют рентгеновскую кристаллографию, электронную дифракцию (метод, сходный с рентгеновской дифракцией, но применяемый к двумерным решеткам белков) или ЯМР-исследования трехмерной структуры белков. 10.2.4.
Трансмембранные а-спирали часто взаимодействуют друг с другом Трансмембранные а-спирали многих однопроходных мембранных белков не участвуют в сворачивании белковых доменов с обеих сторон мембраны. В результате часто можно создать клетки, синтезирукпцие цитоплазматические или внеклеточные домены этих белков в форме водорастворимых белков. Этот подход оказался незаменимым для изучения структуры и функционирования этих доменов, особенно в случае трансмембранных рецепторных белков (обсуждаемых в главе 15).
Однако даже в однопроходном белке, помимо заякоривания белка в липидном бислое, транс- мембранная ц-спираль часто выполняет и другие функции. Многие однопроходные мембранные белки образуют гомодимеры, которые удерживаются вместе сильными и высокоспецифичными взаимодействиями между двумя трансмембранными а-спиралями. Последовательность гидрофобных аминокислот этих спиралей несет информацию, направляющую белок-белковые взаимодействия.
Точно так же трансмембранные а-спирали в многопроходных мембранных белках располагаются в конкретных положениях структуры свернутого белка, определяемых взаимодействиями между соседними спиралями. Эти взаимодействия 976 часгб п(;:.Вн))урбнняя организация плетни а) ГЛИКОФОРИН б) бДКтб ИОРОДОПССИН н,н СООН Н,Н о о ооон к Ь Я $ Ь о Е.: о Ф э к о о во тоа номер аминокислоты номер аминокислоты в) Е, со(! 3 о э к о Х белки, содержащие как минимум одну предсказанную трансмембранную а-спираль в каждом белке наиболее мдрофобного участка длиной 20 аминокислот Рис. 10.22. Применение профилей гидрофобности для лонализации потенциальнык ачпиральньж трансмембранных участков полипегпидной цепи. Свободную энергию, необходимую для переноса последовательных сепиентов полипептидной цепи из неполярного растворителя в воду, рассчитывают по аминокисхлному составу каждого сегмента на основе данных, полученных для модельных соединений.
Данный расчет производят для сегментов заданною размера (обычно около 10-20 аминокислот), начиная с каждой последующей аминокислоты в цепи. »индекс гидэофобности» сегмента откладывается по оси у как функция от его положения в цепи. Полпкительное значение указывает нато, что для переноса в воду требуется свободная энергия (т. е. сегмент гидрофобен), а значение присваивается в соответствии с величиной необходимой энергии. Пики индекса гидрофобности указывают положение гидрофобных сегментов в аминокислотной последовательности. а и б) Показаны два примера мембранных белков, которые будут рассмотрены в данной главе ниже. Гликофорин (а) обладает единственной прошивакхцей мембрану а-спиралью и одним соответствукхцим ей пиком на профиле гидрофобносги.
Бактериородопсин (б) имеет семь трансмембранных а-спиралей и семь соответствующих им пиков на профиле гидрофобности. е) Доля предсказанных мембранных белков, кодируемых генами Е. соФ, 5. сегеияае и человека. Зеленая облаем соответствует доле белков, содержащих по крайней мере одну предсказанную а-спираль. Для Е. со(! и 5, сегеимае приведены данные по всему геному; данные по человеку даны длл части генома; в каждом случае плошадь под кривой пропорциональна числу проанализированных генов. (о, адаптировано из О.
Е(зепоегб, алли. Век Вюс)гегп. 53: 595-б24, 1984. С любезною разрешения издательства липла! Яеэгеип; в, адаптировано из О. Воуд ет а!., Ргогегл 5о'. Гс 201-205, 1998, с любезного разрешения т)ге Рюсе1п 5ос(ету.) 10.2, Мембранные белки 977 Рис. 10.13. Две а-спирали в водном канале вкввпорине, каждая из которых дсжодит только до середины липидного бислоя.
В мембране белок образует гетр амер из таких четырех двуспнрвльных сегментов таким образом, что показанный здесь окрашенный участок окружен поверхностью белок-белковых взаимодействий. Механизм, по которому канал пропускает молекулы воды через лип идный бислой, подробнее обсуждается в главе 11.
имеют ключевое значение для структуры и функ ционирования многих каналови транспортеров, переносяших молекулы через липидные бис яг лои. Во многих случаях можно использовать протеазы для разрезания петель полипептидной цепи, соединяющих трансмембранные а спирали с обеих сто)хтн бислоя, при этом спирали про должают удерживаться вместе и нормально функционировать.
В некоторых случаях можно даже экспрессировать в живой клетке сконструированные гены, кодирующие отдельные части многопроходного белка, и увидеть, что они правильным обра;юм собираются в мембране и образуют полностью функциональный трансмембранный белок (рис. 10.24), Это доказывает удивительную специфичность взаимодействия трансмембранных а спиралей.
В многопроходных мембранных белках соседние трансмембранные спирали в тре тнчной структуре белка защищают многие трансмембранные спирали от мембранных липидов. Почему же тогда эти защищенные спирали все равно состоят, по большей части из гидрофобных аминокислот? Ответ на этот вопрос можно получить, рассмо грев то, как многопроходныс белки проникают в мембрану в процессе их биосинтеза. Как мы обсудим в главе 12, трансмембранные а спирали вводятся в липидный бислой последовательно белками транслокаторами. После того, как а спираль покидает транс.
локатор, онз временно оказывается окруженной липидами бислоя, для чего необхо. димо, чтобы она была г идрофобной. Только когда белок приобретает свою конечную структуру, образуются контакты между соседними спирачями, и белок белковые контакты замещают некоторые из белок липидных контактов (рис,. 10.25).
Многопроходные трансмембранные белки, трансмеьгбрагпзые сегменты которых упакованы в )) бочонок, а не а спираль, имеют относительно жесткую структуру и легко кристаллизируются. Некоторые их них одними из первых расшифровали методами рентгеноструктурного анализа мембранных белковых структур.
Число 0-структур в 0 бочонках сильно меняется в пределах от 8 до 22 (рис. 10.26). Белки, обладающие структурой 6 бочонка, в большом количестве содержатся во внешней мембране митохондрий. хлоропластов и многих бактерий. Некоторые из них представляют собой белки, формирующие поры и создаюшие заполненные водой каналы для п)юхождеиия определенных маленьких гидрофильных молекул через липидный бислой внешней мембраны бактерий.
К ним относятся хорошо изученные порины (пример 3 на рис. 10.26). Пориновый бочонок образуется из 16 антипараллельных 1)-тяжей, чего вполне достаточно для сворачивания в ци- 976: Чйтв Ф. ВНУтУРбННЯЯ ОРГаНИЭатйаЯКПЕУйэт ф— прото Н,Н фрагмент фрапяент г ОООН одноцепочечный мноюпроходный мембранный белок Нгн ген белкового фрапиента 1 ген белкового фрапяента 2 ООН вв4$И ))з))Ввав аввза а))эвввзеь нормально функционирующий двухцепочечный многопроходный мембранный белок СООН Н,Н СООН Рис. 10.24.
Преобразование одноцепочечного многопроходного белка в двухцепочечный. а) П ротео- литическое расщепление одной петли для создания двух фрагментов, которые удерживаются вместе и нормально функционируют, б) Экспрессия этих же двух фрагментов двумя разными генами приводит к формированию такого же нормально функционирующею белка. фй4 синтезированный мембранный белок свернутый мембранный белок Рис. 10.25. Этапы 4юлдиига многопроходного трансмембранного белка. Когда синтезированные трансмембранные а-спирали проникают в липидный бислой, они оказываются в окружении липидных молекул.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
