Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 39
Текст из файла (страница 39)
Аминокислотную последовательность белка всегда представляют в направлении й-+С и читают слева направо. 3.1.2. В результате фолдинга белок принимает конформацию с минимальной энергией В результате всех вышеперечисленных взаимодействий большинство белков принимает специфическую трехмерную структуру, которая предопределена поряд- гз(етиввйи ()к)а)) О о+) н — м — с — с о н сн, 0 н сн.. о о + н — м — с с + о+) н о п)вйзйгн)(еец)' Н Н 0 о+) ) Ф н — й — с — с + 'о н сн. О Н:;Нг ОО ) н — й — с — с о+) н н О 3.1. Форма и структура белков 193 БОКОВАЯ ЦЕПЬ АМИНОКИСЛОТА ПОЛЯРНЫЕ АМИНОКИСЛОТЫ АМИНОКИСЛОТА БОКОВАЯ ЦЕПЬ НЕПОЛЯРНЫЕ АМИНОКИСЛОТЫ Рис. 3.2.
Двадцать аминокислот, иэ которых построены белки. Каждой аминокислоте соответствует определенное трехбуквенное и однобуквен нов обозначения. Аминокислот с полярными цепями столько же, кэк и с неполярными; однако некоторые боковые цепи, приведенные здесь кэк полярные, достаточно велики, поэтому обладают и некоторыми непслярными свойствами (например, Туг, Тге, Агб, 1уз!. Структуры аминокислот можно найти в приложении 3.1 (стр.
194-195). ком расположения аминокислот в их цепях. В конечном счете, любая полипептид ная цепь, как правило, принимает такую форму, или конформацию, в которой ее свободная энергия будет минимальной. Биологи изучали фолдинг белка в пробирке, используя высокоочищенные белки. В результате обработки некоторыми раствори телями, которые разрушают нековалентные связи, удерживающие цепь в свернутом состоянии, белок разворачивается, или денатурирует.
Подобная обработка прсоб разует белок в гибкую полипептидную цепь, утерявшую свою естественную форму. После удаления денатурирующего агента белок в большинстве случаев вновь само произвольно сворачивается, или ренатурирует, в первоначальную конформацию (р!гс. 3.6). Это указывает на то, что последовательность аминокислот содержит всю необходимую информацик!, определяющую трехмерную структуру белка, что является важным моментом для понимания его функции в клетке.
Аспарапановвя кислота . Глутаминоаэя кислота Аспарагин Глугамин Серии Треонин Тирозин Алании Глицин Валин Лейцин Изолейцин П!голик Фенилвланин Метионин Триптофвн Цистеин Аэр: . 1) отрицатяяьно заряженная , О!о, . 'Е ' отрицательнозаряженнея ' Аэп М полярная незаряженная О!п 0 полярная незаряженная Звг В полярная незаряженная Тм Т полярная незаряженная Туг у полярная незаряженная А!а А неполярная 8!у О неполярная ~/а! Ч неполярная 1лц Ь неполярная 11е 1 наполярная Рго Р нагкюярная Рве Р неюлярная Мвг М неполярная Тгр УУ не полярная С!в С нвгюлярнвя мминскииюты М~ ~ая аг1 мупер вм очи "а"м ьтч,'~~ сын ~чкмиь имли'ы ВОЗЙЕЙСТВИЕ а) б) О )) МОЧЕВИНЫ высокой („ КОНЦЕНТРАЦИИ восстанавливается первоначальная конформация белка выдапенный из клеток и очищенный белок денатурированныи белок Рис.
3 6. Повторное сворачивание (рефолдинг) денатурированного белие. а) Зтст эксперимент, впервые выполненный более 40 лет назад, демонстрирует, что конформация белка определяется исключительно его аминокислотной последовательностью. 6) Структура мочевины, Мочевина очень хорошо растворима в воде и прн высоких концентрациях разворачивает белки, для этого ее концентрация должна соответааовать приблизительно одной молекуле мочевины на шесть молекул воды. 3.1.3.
Наиболее распространенные способы укладки полипептидной цепи — это а-спираль и Д-лист При сравнении трехмерных структур множества различных белковых молекул становится ясно, что, хотя общая конформация каждого белка уникальна, в укладке их областей чаще всего встречаются два типа структур. Обе формы заполненной множеством молекул, шапероны оберегают временно открытые гидрофобные области в недавно синтезированных белковых цепях от взаимной ассоциации с образованием белковых агрегатов (см. разд. б.2.8). Тем не менее окончательная трехмерная структура белка все же определяется его аминокислотной последовательностью: шапероны попросту повышают надежность процесса фолдинга.
Белки являют нам большое разнообразие форм, а их длина, как правило, составляет от 50 до 2000 аминокислот. Крупные белки обычно состоят из нескольких обособленных белковых доменов — структурных единиц, которые сворачиваются более или менее независимо друг от друга, что мы обсудим ниже. Так как в точно сти представить структуру белка довольно сложно, для ее изображения прибегают к нескольким различным способам, каждый из которых подчеркивает определенные особенности оной. В приложении 3.2 (стр.
200 †2) представлены четыре различных рисунка белкового домена, получивпгего название ЯН2, который выполняет важные функции в клетках зукариот. Белковый домен ЯН2 построен из цепочки, включающей в себя 100 аминокислот; его структура приведена в виде: а) модели основной цепи полипептида, б) ленточной модели, в) каркасной модели, которая включает в себя боковые цепи аминокислот, и г) полусферической (объемной) модели.
В трех го ризонтальных рядах белок показан в различной ориентации и изображение окрашено таким образом, что можно проследить полипептидную цепь — от )х)-конца (фиолетовый) до С-конца (красный). В приложении 3.2 показано, что даже для такой малой структуры, как домен БН2, конформация белка удивительно сложна.
Но описание структуры белков может быть упрощено, потому что они построены из комбинаций нескольких известных структурных мотивов, что мы обсудим позже. 3.1. Форма и структура белков 199 открыты более 50-ти лет назад в ходе исследований волос и шелка. Первой в этой череде открытий, относящихся к укладке полипептидной цепи, стала структура, названная о-спиралью, которая была обнаружена в белке а-керагпине — им изобилует кожа и ее производные, такие как волосы, ногти и рога. Спустя год после открытия а-спирали в белке фиброине, основном компоненте шелка, была обнаружена вторая форма укладки, названная 11-листом.
Эти две формы укладки полипептидной цепи особенно распространены, потому что представляют собой результат водородных взаимодействий между группами Х вЂ” Н и С=О в основной цепи полипептида — без участия боковых звеньев аминокислот. Таким образом, две эти укладки могут формироваться в белках с различной последовательностью аминокислот. В каждом случае белковая цепь принимает регулярную, повторяющуюся конформацию. На рис.
3.7 показаны обе эти конформации, а также упрощенные их обозначения, которые обычно используют в ленточных моделях белков. Ядро многих белков содержит обширные области 1)-листов. Как показано на рис. 3.8, такие 11-листы могут быть образованы как соседними областями полипептидной цепи, ориентированными в одном и том же направлении (параллельные цепи), так и полипептидной цепью, повернувшейся вспять, при этом каждый участок цепи ориентирован в направлении, противоположном соседней цепи (антипараллельные цепи).
Из р-листов обоих типов получается очень жесткая структура, скрепленная водородными связями, которые образуются между пептидными связями соседних цепей (см. рис. 3.7, г). а-спираль образуется, когда одинарная полипептидная цепь закручивается вокруг себя и получается жесткий цилиндр.
Между каждой четвертой пептидной связью образуется водородная связь, соединяющая группу С = О одной пептидной связи с группой Х вЂ” Н другой (см. рис, 3.7, а). В результате получается правильная спираль с полным витком на каждые З,б аминокислотных остатка. Обратите внимание, что белковый домен, представленный на вклейке 3.2, содержит две а-спирали, а также трехцепочечный антипараллельный 1)-лист, Областями и-спиралей особенно богаты белки, расположенные в клеточных мембранах, такие как транспортные белки и рецепторы. Как будет сказано в главе 10, те части трансмембранного белка, которые пересекают липидный бислой, обычно находятся в форме а-спирали, состоящей в основном из аминокислот с неполярными боковыми цепями.
Полипептидная основная цепь, которая является гидрофильной, свернута за счет внутренних водородных связей в а-спираль и ограждена от гидрофобной липидной среды мембраны своими выдающимися наружу неполярными боковыми цепями (см. также рис. 3.78). В некоторых белках а-спирали обвиваются друг вокруг друга и формируют особо устойчивую структуру, известную как суперскрученная спираль, или суперспираль (со11ег)-со11). Такая структура может образоваться, когда в двух (или в некоторых случаях в трех) а-спиралях большинство неполярных (гидрофобных) боковых цепей расположено на одной стороне, и эти а-спирали могут закручиваться вокруг друг друга так, что боковые цепи направлены внутрь (рис. 3.9).
Длинные стержнеобразные суперспирали служат своего рода несущим каркасом для многих вытянутых белков. Примерами служат а-кератин, что образует внутриклеточные волокна, которые укрепляют наружный слой кожи и ее придатки, а также молекулы миозина, ответственного за сокращение мышц. боковая цепь аминокислоты нм з'.*; .:зф угле водород е) .
азот а) водоргзгная связь пептидн связь кисло в) Рис. 3.7. Регулярная нонформация полипептидного остова в о-спирали и а б-листе. а, б и в) а-спираль. Группа Гт-и каждой пептидной связи соединена водородной связью с группой С = 0 соседней пептидной кислород водородная связь ) боковая ем иноки 'й углерод ":ЗФ 3.1. Форма и структура белков 203 3.1.4. Белковые домены — это те блоки, из которых построены макромолекулы белков Даже маленькая молекула белка построена из тысяч атомов, соединенных воедино точно ориентированными ковалентными и нековалентными связями, и чрезвычайно трудно показать столь сложную структуру без трехмерного дисплея.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
