Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 40

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 40)

По этой причине биологи используют различные графические и компьютерные вспомогательные средства. ()'у'(э-диск*, прилагаемый к этой книге, содержит полу ченные на компьютере изображения некоторых белков, которые можно посмотреть и повертеть на экране в разнообразных форматах. В биологии различают четыре уровня организации структуры белков. Последовательность аминокислот известна как первичная структура. Участки полипептидной цепи, которые образуют а-спирали и ))-листы, составляют вторичную структуру белка.

Полная трехмерная организация полипептидной цепи иногда упоминается как третичная структура, а если специфическая молекула белка образована в виде комплекса из нескольких (более одной) полипептидных цепей, то полная структура называется четвертичной структурой. Исследования конформации, функции и эволюции белков открыли также край нюю важность еше одной единицы организации структуры, отличной от вышеозна ченных четырех. Это белковый домен — субструктура, образованная любой частью полипептидной цепи, способной независимо укладываться в устойчивую компактную структуру.

Домены обычно содержат от 40 до 350 аминокислот и служат универсаль ными модульными блокамн, из которых собираются многие более крупные белки. Различные домены одного белка часто наделены различными функциями. На рис. 3.10 представлен пример — протеинкиназа Ягс, которая выполняет важную роль в процессах передачи сигналов в клетках позвоночных (название Ягс следует произносить «сарк»). В этом белке принято выделять три домена: домены ЯН2 и ЯНЗ выполняют регуляторные функции, а С-концевой домен отвечает за каталитическое действие киназы. Ближе к концу этой главы мы возвратимся к этому белку, с тем чтобы объяснить, как белки могут формировать молекулярные переключатели, которые передают информацию по клеткам.

На рис. 3.11 представлены ленточные модели трех по-разному организованных белковых доменов. Как показывают данные примеры, полипептидная цепь стремится пройти весь домен, а затем совершает крутой разворот на его поверхности. Центральное ядро домена может быть построено из а-спиралей, ))-листов или же из различных сочетаний этих двух фундаментальных элементов фолдинга. связи, находящейся втой же цепи и отстоящей от первой на четыре пептидные связи. Обратите внимание, что все группы и-Н на этой схеме смотрят вверх, а все группы С = О- вниз (к С-концу); это придает спирали полярность — С-конецимеетчастичныйотрицательный заряд, а Н-конец несет частичный положительный заряд.

г, д и е) ()-лист. В этом примере смежные пептидные цепи ориентированы в противоположных (антипараллельных) направлениях. Водородные связи между пептидными связями различных цепей стягивают отдельные полипептидные цепи в ))-лист, а боковые группы аминокислот в следующих друг за другом цепях выдаются из плоскости листа поочередно — та вверх, то вниз. На видах а и г показаны все атомы полипептидной цепи, разве только боковые цепи аминокислот урезаны и обозначены буквой Я.

Напротив, на видах б и д показаны только атомы основной цепи, тогда как на видах в и е представлены упрощенные изображения а-спирали и Г)-липа, которые используются для обозначения а-спирали и ()-листа в ленточных моделях белков (см. вклейку 3.2, 6). ' Эта инфарммгия относится к оригинальному изданию «Ма(есв)аг Вю!айу аГ гье Сей. ЕгГГЬ Едггюп» 204 Часть 1. введение в мир клетки а) Рис. 3.8. Структуры типа 1)-листа двух типов. а) Антипараллельный ))-лист )см. рис. 3,7, г). б) Параллельный ))-лист.

Обе эти струнтуры свойственны всем белкам. ь ь Белковые молекулы самых малых размеров содержат только один домен, тогда как крупные белки могут содержать несколько десятков доменов, часто соединенных друг с другом короткими, относительно бесструктурными отрезками полипептидной цепи.

3.1.$. Лишь малая часть из множества возможных вариантов полипептидных цепей будет использована клеткой Поскольку каждая из 20 аминокислот отличается по химическим свойствам и каждой из них, в принципе, дозволено занять любую позицию в полипептидной цепи, постольку существует 20 ° 20 ° 20 ° 20 = 1б0000 возможных различных полипептидных цепей длиной в четыре аминокислоты, или 20" возможных различных полипептидных цепей с длиной и аминокислот. При средней длине белка около 300 аминокислот клетка могла бы теоретически производить более 10зэо (20зоо) вариантов различных полипептидных цепей. Это число столь огромно, что для создания только одной молекулы каждого вида потребовалось бы намного больше атомов, чем существует во Вселенной.

Лишь очень малая доля этого огромного множества мысленно возможных полипептидных цепей приняла бы единственную в своем роде устойчивую трех мерную конформацию — по некоторым оценкам, меньше одной миллиардной. И все же основная масса белков, находящихся в клетках, принимает уникальные и устойчивые конформации. Как такое возможно7 Ответ кроется в существовании естественного отбора. Всякий белок с непредсказуемо изменчивой структурой и соответственной биохимической активностью вряд ли будет способствовать выживанию клетки, в которой он пребывает. Поэтому такие белки должны быть устранены естественным отбором в течение чрезвычайно длительной отбраковки методом проб и ошибок, который лежит в основе биологической эволюции.

Поскольку эволюция производила отбор белков по критерию необходимых живым организмам функций, аминокислотная последовательность большинства современных белков такова, что какая-либо одна (из всех возможных) конформация является чрезвычайно устойчивой. Кроме того, химические свойства этой конформации в точности настроены на выполнение специфической каталитической или структурной функции в клетке. Белки построены столь совершенно, что замена даже нескольких атомов в одной аминокислоте может иногда нарушить структуру всей молекулы в целом, причем настолько сильно, что ее функция будет полностью утрачена.

3.1.6. Белки можно подразделить на множество семейств Как только эволюция наделила белок способностью сворачиваться в устойчивую конформацию, придающую ему полезные свойства, у нее появилась возможность видоизменять структуру оного и получать новые функции. Этот процесс был сильно ускорен генетическими механизмами, которые эпизодически дублируют гены, что позволяет одной копии гена эволюционировать независимо от другой и приобретать 3.1. Форма и структура белков 205 а!;,Ммт 11 нм аминокисло аиб ноос ооон Ь"' О,б нм а) в) Рис. 3.9.

Суперспираль (со)! ег$-сой). а) а-си иралгь в которой боковые цепи аминокислот ной последовательности обозначены как авсбетб Гсве)хгу вноэ). Аминокислоты а и г) в такой последовательности лежат близко друг к другу на поверхности цилиндра, образуя «полосу» )красную), обвивающую а-спираль. У белков, образующих суперспирали, в позициях а и б обычно находятся неполярные аминокислоты. Следовательно, как показано на виде б, две спирали могут обвиться одна вокруг другой, при этом не- полярные боковые цепи аминокислот одной а-спирали взаимодействуют с неполярными боковыми цепями другой, а более гидробгильные боковые цепи остаются снаружи -открытыми для водной среды.

е) Атомная структура суперспирали, определенная рентгеноструктурным анализом. Красным цветом отмечены неполярные боковые цепи. новую функцию (обсудим подробнее в главе г)). В прошлом события такого рода происходили довольно часто, в результате многие современные белки могут быть сгруппированы в семейства белков, так что все члены одного семейства будут иметь сходные последовательности аминокислот и схожие трехмерные структуры.

Рассмотрим, например, сериновые протеазьг — большое семейство белок- расщепляющих (протеолитических) ферментов, в число которых входят ферменты пищеварительного тракта: химотрипсин, трипсин и эластаза, — а также несколько протеаз, участвующих в свертывании крови. При сравнении протеазных частей любых двух из этих ферментов обнаруживается сходство некоторых участков их аминокислотных последовательностей. Схожесть их трехмерных структур еще бо лес поразительна: большая часть мельчайших витков и изгибов их полипептидных 206 Часть 1. Введение в мир клетки до онБН3 ~г' '(щ.,' "'- С а) доэзен БН2 Рис. 3 10. Белок, обраэоаанный из множестеа доменов.

Характеристики

Список файлов книги