Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 46
Текст из файла (страница 46)
3.2.3. Ключевые участки связывания лигандов можно выявить при сравнении аминокислотных последовательностей белков, входящих в одно семейство Как было сказано ранее, последовательности генома позволяют нам группировать многие белковые домены по семействам, в пределах которых явно прослежи- Рис. З.ЗВ. Аминокислота, проявляющая необычайно высокую реакционную способность в активном участке фермента. Данный пример относится к так называемой «каталитической триаде», свойственной кимотрипсину, элагтазе и другим сериновым протеазам (см. рис. 3.12).
Боковая цепь аспарагиновой кислоты (Дзр 102] возбуждает гнстидин (Н!з 57), который забирает протон у серина (5ег 195). Зти действия активируют серии, получающий способность образовать ковалентную связь с субстратом фермента, гидролизуя при этом пептидную связь. На рисунке не показаны многочисленные изгибы полипептидной цепи. вается их эволюция от общего предка.
Трехмерные структуры членов одного и того же семейства доменов гюразительно похожи. Например, даже когда идентичность аминокислотных последовательностей снижается до 25'«, укладка атомов в остове полипептидной цени домена подчиняется общей закономерности в пределах 0,2 на нометров (2А). Поэтому для идентификации в белковом домене тех участков, которые наи более значимы для функции этого домена, мы можем использовать метод «эво люционного следа» (еуо!Ш)опагу (тас)пй). Для этой цели на модель трехмерной структуры одного из членов семейства наносят те аминокислоты, которьге остались неизменившимися (инвариантнымн) нли почти неизменившимися во всех известных членах этого семейства белков.
В результате, наиболее инвариантные позиции, как правило, образуют один или несколько кластеров на поверхности белка, по можно видеть на рис. 3.39, а, где изображен домен Я(2, описанный ранее (см. приложение 3.2, стр. 200 — 201). Эти кластеры обычно и соответствуют участкам связывания лигандов. Домен ВН2 служит модулем, который участвует в межбелковых взаимодей ствиях. Он связывает белок, его содержащий, со следующим белком, который со держит боковую цепь фосфорилированного тирозина в окружении определенной аминокислотной последовательности, как показано на рис.
3. 39, б. Аминокислоты, расположенные на участке связывания фосфорилированных полипептидов, как оказалось, изменялись медленнее всего в течение длительного эволкн1ионного процесса, который дал многочисленное семейство пептид-узнающих ЯП2 доменов. в) ВИД СПЕРЕДИ ВИД СЗДДи б) ВИД СПЕРЕДИ Рис. 3.39.
Применение метода эволюционного следа к домену 5Н2, а) Вид спереди и сзади на объемной модели домена 5Н2, где эволюционно консервативные аминокислоты на поверхности белка окрашены желтым, а ближе к сердцевине белка — красным б) Структура домена 5Н2 со связанным им полипептидом. Здесь аминокислоты, расположенные в пределах 0,4 нм от связанного лиганда, окрашены голубым. две ключевые аминокислоты лиганда желтые, а все остальные — фасиегповые. Обратите внимание на высокую степень соответствия между структурами, изображенными на видах п и б !Переработано на основе иллюстраций иэ О.
Цсмагбе, Н. и. Воигпе апд Е и Соиеп, 2 Мо! Вюь 257: 342 — 358, 1996 С любезного разрешения издательства Е!телег.) ! )оскольку мутация — случайп е событие, этот результат приписывают предпочти тсльгюму устранению в ходе эволюции всех тех организмов, у которых домены З112 изменялись таким образом, что пептид связьшакиций участок терял активность, и, таким образом, нарушалась сама функция Я !2 домена.
В нашу эру интенсивного секвенирования геномов открыто много новых семейств белков, функции которых неизвестны. Как только удастся определить трехмерную структуру одного из членов семейства, метод «эволюционного следа» позволяет биологам определить участки связывания у остальных членов этого се мейства, помогая тем самьгм расшифровать функции этих белков. 3.2.4. Одни бюпки сиизыииизтся с другивви бипкиали мириз КОНТВКТНЫВ ПОВИРХНОСТИ НВСКОЛЬКИХ ТИПОВ Белки способны связываться с другими белками по крайней мере тремя способами.
Во многих случаях часть поверхности одного белка («замок») входит в контакт с распростертой петлей полипептидной цепи («ключ») на втором белке (рис. ЗАО, а). Такое взаимодействие типа ключ — замок позволяет, например, до мену Я12 оггознавать фосфорилированную полипептидную петлю второго белка, как только что было описано, или протеинкиназе — белки, которые ей предстоит фосфорилировать (смотрите ниже).
Межбелковое соединение второго типа образуется, когда две а спирали, по одной от каждого белка, спариваются одна с другой с образованием витой супер спирали (рис. ЗАО, б). Межбелковый стык такого типа встречается в нескольких семействах ген-регулирующих белков, о чем мы расскажем в главе?. ! !аиболее распространенным способом контактного ггзаимодейстиня белков, од пако, является точное соответствие одной жесткой поверхности другой (рис.
ЗАО, в). Такое взаимодействие может быть достаточно сильным, так как между двумя точно пригнанными одна к другой поверхностями может образоваться большое число 240 Часть 1. Введение в мир кдетки Рис. ЗА4. Небольшие изменения в числе слабык связей могут оказать сильное влияние на взаимодействие. Данный пример иллюстрирует биологический смысл математических выкладок по влиянию числа п рисугствия или отсутствия нескольких слабых неновзлентных связей. Допустим, что в зукариотической клетке находится 1 000 молекул вещества А и 1 000 молекул вещества В.
Тоща концентрация обоих веществ составляет около 10 М. если константа равновесия (к) реакции А+ В ++ АВ будет равна 10, то, как показывают вычисления, в состоянии равновесия в клетке будет находиться Есть, однако, и иные белки, для которых связывание лиганда является лишь необходимым отправным шагом в процессе осуществления своей функции. Это относится к большому и очень важному классу белков, названных ферментами. Как было описано в главе 2, ферменты суть удиви тельные молекулы, обслуживающие все химические превращения, в ходе которых образуются и разрушаются ковалентные связи в клетках. Они связываются с одним или несколь- 270 молекул 270 молекул 730 молекул АВ Если константа равновесия немного меньше а и составляет 10, что означает уменьшение энергии связи в сравнении с предыдущим примером на 2,8 икал/моль и, как следствие, утрату 2-3 водородных связей в комплексе А-В, то в состоянии равновесия в клетке будет содериаться 918 молекул 918 молекул А В 86 молекул АВ 3.2.8.
Первый шаг ферментативного катализа — связывание субстрата Для белка, который катализирует ту нли иную химическую реакцию (Т.е. для фермента), связывание молекулы субстрата является необходимой прелюдией. В простейшем случае, если мы обозначим фермент буквой Е, субстрат — буквой Я, а продукт — буквой Р, то основной путь протекания реакции примет вид Е + 5 — з -+ ЕЯ -+ ЕР— ь Е + Р. Отсюда следует, что одна молекула фермента может «обрабо- кими лигандами, названными субстратамн, и превращают их в один или несколько химически модифицированных продуктов, делая это много раз и с поразительной скоростью. Ферменты ускоряют реакции, часто в миллион и более раз, а сами при этом не претерпевают никаких изменений, то есть они действуют как катализаторы, которые позволяют клеткам соз давать или разрушать ковалентные связи управляемым способом.
Именно благодаря осуществляемому ферментами катализу упорядоченного набора химических реакций клетки поддерживают свою жизнедеятельность, и жизнь становится возможной. Мы можем подразделить ферменты на классы согласно выполняемым нм функциям, по подобию химических реакций (таблица 3.1). Каждый фермент в пределах такого класса характеризуется высокой специфичностью, катализируя реакции только одного типа. Так, гексокиназа присоединят фосфатную группу к Р-глюкозе, но игнорирует оптический изомер последней — ).-глюкозу; фермент свертывания крови тромбин разрезает пептидную связь только в одном типе белка крови и нигде более, и так далее. Как было подробно описано в главе 2, ферменты работают в команде, где продукт одного фермента становится субстратом для следующего.
В результате столь слаженного взаимодействия возникает сложнейшая сеть метаболических путей, которая снабжает клетку энергией и поставляет все многообразие больших и малых молекул, необходимых клетке для жизни (см. рис. 2.35). 3.2,Функция бвлка 241 Таблица Зйо Некоторые распространенные типы ферментов ы, Общее название ферментов, катвлизирующих реакции гидропитичеагого рас' цгеллений; нуюыазы и лропыозы суть более'специальные названия подклассов Расщепляют нуклеиновые кислоты, гидропиэуя связи между нук(геотидами. Расщепляют белк~, лядропизув связи между амииоюзслотами Снитвэ Мпдщчуп В КпдвзаиабОЛИЧЕОВщрваацИй Путеепбьпйэщбиня МЕНЬШИХ ПВРбз арпб(Е:.СИСТщВЫСВПЗЕйапйэщщЧЭХМРЗГЕКужя.
пэУЯлУ кшназ,'пйзгсоеди»илдкдчихфвс4здныегРУплы'кбелксшзг Общщ мазза и(зв фервкйтсФ,' ктэи) рьге катзлизир уют раз жцаз ха мзде ячщзраяк счдиэ " ' мМкупзокир)хзетев;ад»рухапч-,: ..восстала»ливрбтся.часМчуердззевтзмдзазннгпэтт па гуэ)(((влиэ Атр»,й)тквйв байк(ееширокимдиалажйкчмзрункчий облздлбдэ)(ергсг Нуклеазы. Проэдаэы Синтетаэы Илзмеразы ' Поли Мервэы Кинаэы, ' . =: Фосфата за) О кендо. тать» за лаииое время ограниченное количество субстрата.
Увеличение концентрации субстрата увеличивает и скорость, с когорой образуется продукт, ио ло какого то максимального значения трчгс. ЗА5). В этой точке молекула фермента насыщается субстратом и скорость реакции ()' к„) зависит только оттого, сколь быстро фермент Рис. 3.45. Ферментатнвнзя кинетина. С увеличением концентрации субстрата скорость ферментативной реакции ()г) возрастает до тех пор, пока не будет достигнуто максимальное значение ()г„) в этой точке асе связывающие субстрат участки на молекулах фермента полностью заняты и скорость реакции ограничивается скоростью каталитического процесса на поверхности фермента.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
