Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 52
Текст из файла (страница 52)
Посредством такой регуляции по типу отрицательной обратной связи зтот путь огражден от производства большего количества СТР чем зто необходимо клетке. (В основу рисунка положена иллюстрация из К. !.. Кгаозе, К. УН. Но)з аль УУ. и. Орыогпь, Ргос. ЯГат!. Асас!. 5с!. Ойт 82с 1643-1647, 1985. С любезного разрешения Нат)опа! Асабегпу о) 5с!епсез.) рического белка. )!о поскольку подобного рода конкуренция развивается в симме тричной молекуле с многочисленными участками связывания, фермент подвергается кооперативному аллостерическому переходу, который внезапно включает его при накоплении субстратов (переводя его в состояния )с) или быстро отключает, если накопится большой обьсм СТР (ггерсключая его в сгютояюте Т). Благодаря сочетанию биохимии и рентгеновской кристаллографии удалось выявить множество захватывающих подробностей такого аллостерического пере хода. Каждая из регуляторных субъединиц имеет два домена, и связывание СТР ", Агд167 (.ув 164 тут 16бз Агб 229 Агв 167 Аг0 106,'' .
тут 168 Агд 106 33)о Ввг Рис. 3.63. Часть переключателя типа «вил ючено-выключено» в катал итическ их субъеди ница х аспартаттранскарбамоилазы. Изменения в обозначенных водородных связях отчасти ответственны за переключение активного участка этого фермента на антивную (желгпоя) или неантивную конформацию. Водородные связи обозначены глонними «росными линиями. Аминокислоты, вовлеченные во взаимодействие субъединица — субъединица в состоянии т, показаны нросным, тогда как те, что образуют антивный участок фермента в состоянии й, показаны синим.
На больших рисунках показан каталитический участок изнутри; заключенные в рамку эскизы показывают те же субъединицы на внешней поверхности фермента. (Переработано из Е. В. Кап1 говбтз аль УУ. и. Нрзсогоь, ггепдз Вюсьет. 5сс 15: 53 — 59, 1990. С любезного разрешения издательства Е(зешег.) вызывает смещение этих двух доменов друг относительно друга, так что они рабо тают подобно рычагу, который поворачивает два каталитическнх тримера и подтя гивает их ближе друг к другу в состоянии Т (см. рис. З.б2).
Когда это происходит, между противостоящими каталитическими субъеднницами образуются водородные связи. Это помогает расширить углубление, которое образует активный участок в пределах каждой каталитической субъединицы, и таким образом разрушает участки связывания субстратов (рис. 3.63). Увеличение количества субстрата вы зывает противоположный эффект — когда предпочтение отдается состоянию К, ибо происходит связывание субстрата в углублениях всех каталитических субъе диниц, что противодействует вышеописанному конформацнонному изменению.
Конформации, которые являются промежуточными между состояниями К и Т, 3.2. Функция белка 265 неустойчивы, так что фермент главным образом перескакивает туда-сюда между своими К- и Т-формами, давая смесь этих двух разновидностей в соотношениях, которые зависят от относительных концентраций СТР и субстратов. 3.2.20. Многие изменения в белках осуществляются за счет фосфорилирования Белки регулируются отнюдь не только обратимым связыванием с какими-либо другими молекулами.
Второй способ, к которому эукариотические клетки прибегают для регулирования функций белков, — ковалентное присоединение более мелкой молекулы к одной или нескольким боковым цепям аминокислот белка. Наиболее обычной формой такой регуляторной модификации у высших эукариот является присоединение фосфатной группы.
Поэтому мы используем фосфорилирование белка для иллюстрации некоторых общих принципов, лежащих в основе управления функцией белка путем модификации боковых цепей аминокислот. Событие фосфорилирования может воздействовать на модифицируемый белок по двум важным путям. Во-первых, поскольку каждая фосфатная группа несет два отрицательных заряда, то катализируемое ферментом присоединение фосфатной группы к белку может вызвать значительное конформационное изменение в этом белке за счет, например, притяжения группы положительно заряженных боковых цепей аминокислот. Это может, в свою очередь, повлиять на связывание лигандов и тем самым заметно изменить активность фосфорилированного белка по сравнению с исходным.
Когда второй фермент удаляет фосфатную группу, белок возвращается в исходную конформацию и восстанавливает первоначальную активность. Во-вторых, присоединенная фосфатная группа может образовать часть структуры, которую опознают участки связывания других белков. Как было сказано ранее, не которые белковые домены, иногда называемые модулями, довольно часто входят в состав более крупных белков. Одним из таких модулей является домен ЯН2, описанный ранее, который связывается с короткой пептидной последовательностью, содержащей фосфорилированную боковую цепь тирозина (см.
рис. 3.39, б). Более десяти других весьма распространенных доменов служат участками связывания для прикрепления несущего их белка к фосфорилированным пептидам, входящим в состав других бел ковых молекул, при этом каждый из этих доменов распознает фосфорилированную боковую цепь аминокислоты лишь в определенном пептидном контексте. В результате фосфорилирование и дефосфорилирование белка очень часто выступают движущей силой регулируемой сборки и разборки белковых комплексов (см.
рис. 15.22). В клетках эукариот обратимое фосфорилирование белка обеспечивает управле пие активностью, структурой и размещением в клетке как ферментов, так и белков многих других типов. Фактически, такая регуляция настолько всеобъемлюща, что более трети из 10000 или около того белков в типичной клетке млекопитающих, как думают, подвергается фосфорилированию в любой момент времени — и многие более чем одним фосфатом. Как можно ожидать, добавление фосфатных групп к определенным белкам и «отъятие» первых от последних часто происходит в ответ на сигналы, определяющие некоторое изменение в состоянии клетки. Например, сложная череда событий, которая имеет место во время деления эукариотической клетки, в значительной степени хронометрируется именно таким способом (будет раскрыто в главе 17) и многие сигналы, опосредующие межклеточные взаимодей ствия, передаются с плазматической мембраны к ядру при помощи каскада событий фосфорилирования белка (рассмотрим в главе 15).
Состояние фосфорилирования белка в любой момент времени, и тем самым его активность, зависит от относительной активности протеинкиназ и протеинфосфатаз, которые его модифицируют. Протеинкиназы, которые фосфорилируют белки в ядерных клетках, принадле жат к очень большому семейству ферментов, которые имеют общую каталитическую (киназную) последовательность из приблизительно 290 аминокислот. Разные члены семейства содержат различные последовательности аминокислот на обоих концах киназной последовательности (например, см. Рис. 3.10) и часто имеют короткие по следовательности аминокислот, вставленные в петли внутри нее (красные стрелки на рпс.
3.65). Некоторые из таких дополнительных аминокислотных последова тельностей позволяют каждой киназе распознавать определенный набор белков, ею фосфорилируемый, или связываться со структурами, которые удерживают ее в определенных областях клетки. Другие составные части этого гюлкового фермента регулируют активность данной киназы, так что она может быть «включена» и «вы ключена» в ответ на различные специальные сигналы, как будет описано ниже.
На основании сравнений числа различий в аминокислотной последовательности разных членов семейства белков можно построить «эволюционное дерево», которое, как думают, отражает схему событий дупликации и дивергенции генов, которые и по влекли за собой развитие семейства. На рис. З.бб изображено эволкл(ионное лерево протеинкиназ. Киггазы с близкими функциями часто расположены на близлежащих ветвях дерева: например, все протеинкиназы, участвующие в передаче сипгалов в клетке, завершающейся фосфорилированием боковых цепей тирозина, группируются в верхнем левом углу дерева.
Другие ггредсгавлеггньге здесь киназы фосфорилируют боковые цепи серина либо треонина, а многие организованы в группы, которые, кажется, отражают их функцию -- трансмембранную передачу сигналов, усиление внутриклеточных сигналов, управление клеточным циклом и так далее. В результате совместных действий протеинкиназ и протеинфосфатаз фос Рис.З.б5. Трехмерная структуре протеиикинвзы. Нанесенные нз эту структуру красные сгпрелки указывают участки, в которых у некоторых членов семейства протеинкиназ были обнаружены вставки размером 5-100 аминокислот. Эти вставки расположены в находящихся нз поверхности фермента петлях, где другие лигзнды вззимодействуют с этим белком. Таким образом, они служат отличительными прививками различных кинзз и обусловливают хзрзктерные для них взаимодействия с другими белками.
АТР (который отдает фосфзтную группу) и пептид, подлежащий фосфорилировзнию, удерживаются в активном участке, который и рости рвется между связывающейющей фосфзт петлей (желпюй) и кзталитической петлей (оранжевой). См. также рис. 3.10. (Перерзботзно на основе О. й Кп(зптоп ет з(., 5сгепсе 253: 407-414, 1991.
С любезного разрешения издательства ААА5.) ичвсквя 2И Часть 1. Введение а мир клетки Сост подсемейство икпинзаеисимых кинах(упраепение клеточным циклом) реце РО рецепто ЕОЕ подсемейстео тирозинкиназ Згс МР-заеисимая кинаха сс»МР-зависимая кинаха протеинкинаэа С ьмодупинмая киназа подсемейство рецепторных серинкиназ Рис. 3.66. Эаолюционное дерево избранных протеинкиназ. Хотя есякая клетка высших зукарнот со- держит сотни таких ферментов, а геном человека кодирует более 500, лишь некоторые из упоминаемых е этой книге показаны на данном рисунке. фатные группы на белках непрерывно оборачиваются — присоединяются и затем быстро удаляются.
Такие циклы фосфорилирования могут показаться неэкономными, но они важны уже лишь тем, что позволяют фосфорилируемым белкам быстро переключаться из одного состояния в другое: чем быстрее цикл, тем быстрее совокупность белковых молекул может измеггить свое состояние фосфорилирования в ответ на внезапное изменение скорости фосфорилировання (см. рис. 15.11).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
