Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 44
Текст из файла (страница 44)
С небольшим изменением в геометрии отдельных субъединиц гексагонально упа . ' .ц" ,ть',ф3~- " с гвксвгонапьной о — сартр спиральная трубке Рнс. 9.29. Пример сборки из единичнык белковык субъединиц, в коде которой обрезуготся многочисленные межбелковые контакты. Гексзгонзльно упакованные шаровидные белковые субъединицы могут образовать либо плоский лист, либо трубку. кованный лист может быть преобразован в трубку (рггс.
3.2йг) или -- при более существенных изменениях — в полый шар. Белковые трубки и сферы, которые связывают специфические молекулы РНК и Д11К в своих внутренних полостях, образуют оболочки вирусов. Образование замкнутых структур, таких как кольца, трубки или сферы, обе спечивает им дополнительную устойчивость, потому что они скреплены большим числом связей между белковыми субъединицами.
Более того, поскольку такая структура создана за счет взаимозависимых коллективных взаимодействий между субъединицами, относительно неболыпое изменение, способное затронуть каждую из субъединиц в отдельности, может вызвать сборку или разборку всей структуры. Эти принципы заложены в белковой оболочке, или кггггсиде, многих простых виру сов, имеюгг~их форму полого шара, в котором просматриваются двадцать правиль ных граней (рггс. 3.30). Часто капсиды вирусов строятся из сотен тождественных белковых субъединиц, которые прикрывают и защищают вирусную нуклеиновую кислоту (рис. 3.31). Белок в таком капсиде должен обладать структурой, в осо бенности легко адаптируемой к новым условиям: кроме того, что ему необходимо образовывать контакты нескольких разных видов для создания сферы, он еще должен обладать способностью изменять зту конструкцию, чтобы «выпускать» ну клеиновую кислоту наружу для запуска репликации вируса, как только последний проникнет в клетку.
Информация. необходимая для образования многих сложных макромолекуляр ных ансамблей в клетках, должно быть, содержится в самих субъединицах, потому что в соответствуннцих условиях очищенные субъединицы способны самопроиз вольно собираться в окончательнунз структуру. Первой крупной совокупностью макромолекул, продемонстрировавшей свою способность к самосборке из состав ных частей, был вирус тибичной мозаики (ВТМ).
Этот вирус представляет собой длинную трубку, в которой стержень из закрученной в спираль РНК заключен ЗЛ:.Ф(ЗРаай,н СтРУВЗУРВ,бвлгкОВ 44а е) г) 20 ны Рис. 3 ЗО. Ка исиды некоторых вирусов, представленные в едином масопабе. а) Вирус кустистой карлика вости томата; б) пол нов прус (вирус полиомиелита); е) вирус о 6езьл н 40 (5у40, ялкап югоз); г) сателлитный вирус некроза табака Структуры всех этих капсидов определены с помощью рентгеноструктурного анализа и известны на атомарном уровне. (Снимки любезно предоставили я.
бгапт, 5 Сгагпвз 3 Нов(е.) в белковый цилиндр (рис. 3.32). Если отделенные друг от друга Р11К и белковые субъсдиницы смешать в растворе, то они воссоединятся с образованием полностью активных вирусных частиц. Процесс сборки на удивление сложен и включает в себя формирование двойных белковых колец, которые служат промежуточными звеньями и добавляются к раступгей вирусной оболочке. Еще одна сложная макромолекулярная конструкция, которая способна ио вторио собираться из составлякицих се частей, — бактериальная рибосома. Эта структура состоит хримерно из 35 ти различных белковых молекул и 3 х различных молекул рр)1К. Инкубироваиие отдельных компонентов ири соответствующих условиях в пробирке приводит к самопроизвольной сборке в первоначальную структуру.
Что наиболее важно, такие рсконструщювашгые рибосомы способны катализировать синтез белка. Как можно ожидать, повторная сборка рибосом идиг но оиределенному пути: после того как определенные белки свяжутся с Р1(К, этот комплекс узнается другими белками, и так далее, пока структура не будет полностью собрана.
Все еще не ясно, как регулируются некоторыс из более сложных процессов самосборки. 11асример, многие структуры в клетке, как оказатось, имеют точно заданную длину, которая во много раз превышает протяженность составляющих их макромолекул. Как достигается столь точное пред определение длины, является во многих случаях необъяснимой тайной. Три возможных механизма представ три димера димер I,' выступающий инительны РНК-овязыва победные димеры мономвр капсидного белка, предстаеленны в виде ленточной модели ьнвя ная частица меров) 20 нм лены на рис. 3.33.
В наиболее простом случае длинный стержневой (кор) белок нли другая макромолекула служат каркасом, который предопределяет пределы окончательной сборки. Это механизм, который определяет длину частицы ВТМ, Рис. 3.31. Структура сферичесиого вируса.
У многих вирусов идентичные белковые субъединицы упакованы одна к одной в сферическую оболочку (капсид), в которой заключен геном вируса, состоящий из РНК либо из ДНК (см. также рис. З.ЗО). По геометрическим причинам не более 60-ти идентичных субъединиц могут быть упакованы воедино с соблюдением точной симметрии. Однако, если допустимы небольшие нерегулярности в упаковке, то число субъединиц может быть больше н созданный из них нуклеокапсид будет иметь более внушительный размер, сохраняя при этом и коса эдричес кую симметрию. Например, изображенный на этом рисунке вирус кустистой карлнковости томата (ТВ5Ч) представляет собой сферический вирус диаметром около 33 нм, образованный из 180-ти тождественных копий состоящего из 386-ти аминокислот капсидного белка и РНК-генома из 4 500 нуклеотидов.
Для того чтобы построить столь крупный капсид, белок должен быль способен вписаться в три различных окружения, по-разному окрашенных в представленной на рисунке вирусной частице. Показан предполагаемый путь сборки; точная трехмерная структура определена с помощью рентгеноструктурного анализа. (С разрешения 5. Нагпзоп.) ВО нм Рис. 3.3?. Структура вируса табачной мозаики [ВтМ). а) Злентронный микрофотоснимок вирусной частицы, которая состоит из одной длинной молекулы РНК, заключенной в цилиндрическую белковую оболочку, состоящую из идентичных белковых субъединиц. б) Модель, показывающая часть струнтуры ВТМ. Молекула адноцепачечной РНК из 6 395 нуклеатидов упакована в спиралевидную оболочку, построенную из 2 130 копий белка оболочки, состоящего из 158 аминокислот.
Инфекционные вирусные частицы могут самособираться в пробирке из очищенных молекул РНК и белка. (Рисунок под буквой а любезно предоставил В. УУййагпз; б — В. 1 РеЫгпапп.) где стержнем выступает цепь Р!)К. Подобным же образом кор белок, как думают, определяет длину тонких филаментов в мышцах, равно как и размер длинных хвостов некоторых бактериальных вирусов (рзтс. 3.34). ))е все клеточные структуры, собнраюгциеся в единое целое за счет цекова лентных взаимодействий, делают зто сами. ) )апримср, митохондрия, ресничка или миофибрилла мьппечной клетки не могут самопроизвольно обргсзоваться в растворе, который содержит все входящие в нх состав макромолекулы. В подобных случаях часть необходимой для сборки информапии предоставляется специальными фер ментами и другими белками, которые выполняют функцию матриц, направляющих построение по должному пути, но никоим образом не присутствующих в оконча тельно собранной структуре.
! 8>> Бн специфический фолдинг, закрепленный дисульфидными связями удаление соединительного пептида и образование полноценной двухцепочечной молекулы инсулина восстановление приводит к необратимому разделению двух цепей Ян 3>ч ик»»»»ху» + Вн В>т Рис. 3.35. Протеолитическое расщепление при сборке инсулина.
Полипептидный гормон инсулин не может самопроизвольно осуществлять эффективную повторную сборку после разрушения его дисульфидных связей. Он синтезируется в виде крупного белка (пропнсулино), который расщепляется протеолитическ им ферментом, после того как белковая цепь свернется и примет специфическую форму. При вырезании части полипептидной цепи проинсулина удаляется и часть информации, необходимая для самопроизвольного сворачивания белка в его естественную конформацию.
Как только инсулин будет денатурнрован, его две полипептидные цепи отделятся одна от другой и способность к повторной сборке будет утрачена. Зйзспгсзцвнив Пространственная конформация молекулы белка определяется ее аминокис лотнои последовапгельностью. Свернутая структура стабилизируется неново лениными взаимодействиями между различнымг> частями полипептидной цепи. Аминокг>слоты с гидрофобными боковыми цепями тяго>пеют к образованию кла стеров внутри молекулы, а локальные взаимодействия на основе водородных связей между соседничи пептидными связяни дают начало а спиралям и Р листам. 230 Часть 1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
