Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 53
Текст из файла (страница 53)
Энергия, необходимая для подпитки такого цикла фосфорилирования, поступает от гидролиза АТР— на одно событие фосфорилирования расходуется одна молекула АТР. 3.2.22. Регулирование СсИс- и бгс-протеинкиназ показывает, каким образом белок может функционировать в качестве микрочипа Сотни различных протеинкиназ, находящихся в ядерной клетке, организованы в сложные сети путей передачи сигналов, которые помогают координировать действия клетки, осуществлять клеточный цикл и проводить сигналы в клетку из окружающей ее среды.
Нужно, чтобы многие из пробегающих по этой сети внеклеточных сигналов и интегрировались и усиливались клеткой. Отдельные протеинкиназы (равно как и прочие сигнальные белки) служат своеобразными устройствами ввода-вывода, или «микрочипами», в процессе интеграции сигналов. Важный вклад в такие обрабатывающие сигналы системы белков вносит регулирование их «работы» путем присоединения к ним и удаления с них фосфатов соответственно протеипкиназами и протеинфосфатазами.
гичный Згс домен 3 (ЗНЗ) и домен ВН2, за которыми следует каталитический домен киназы (рпс. 3.6>8). Такие киназы обычно пребывают в неактивной конформации, в которой фосфорнлированный тирозин около С-конца связан с доменом 3 Н2, а домен ЗНЗ связан с внутренним пептидом, в результате чего активный участок фермента оказывается искаженным, что способствует его переходу в неактивное состояние. мн, ОООН ,акг„кхгх "ьк» мирная кислота 600 аминокислот Рис.3.68. Доменная структура семейства 5гс-протеинкинвз, нанесенная нв карту последовательности аминокислот. Желающим увидеть трехмерную структуру 5гс следует обратиться к рис.
3.10. В активацию киназы вовлечены по крайней мере два определенных процесса: удаление С концевого фосфата и связывание с доменом Я13 специфического акти вирующсго белка ( рис. 3.69), Подобно активации белка Ссгк, активация Згс киназы сигнализирует о завершении череды отдельных событий и о се готовности войти в череду следующих (рис. 3.70).
Таким образом, и семейство Спк и семейство Згс белков служат своеобразными интеграторами сигналов и спосоГ>ствуют орга низации сложной сети событий обработки информации, которая позволяет клетке выстраивать логические ответы на сложный набор условий. вктивирующий пигв кинвэный домен й овин ЗН ктивнвя кинвэв ЗН АКТИВИРУЮЩИИ ЛИГАНД КИНАЗА МОЖЕТ АКТИВНАЯ ФОСФОРУГГ>>4РОВАГ ТИРОЗИН И С ДОМЕНОМ ЗНЗ сдмодктивировдться УДАЛЕНИЕ НЕАКТИВНАЯ ФОСФАТА кРАЗРЫХЛЯЕТэ СТРУКТУРУ МОЛЕКУЛЫ Рис. 3.69. Активация протеинкинвзы 5гс-типв двумя последовательными событиями. >переработано из 5. С. Нэггвоп ет э1., Сей 112: 737-740, 2003. С любезного разрешения издательства Ейеыег ) Мы описали то, как процессы присоединения к белку фосфатных групп или их удаления с него могут быть использованы клеткой для управления активно стью этого белка.
В доселе рассмотренных нами примерах фосфат переносится с молекулы АТР на боковук> цепь входящей в состав белка аминокислоты в ходе реакции, катализируемой определенной протеинкиназой. Клеткам зукариот знаком Рис. 3.70.
Принцип работы протеинкиназы бгс-типа в качестве интегрирующего устройства. Нарушение взаимодействия с доменом 5Н3 (зеленыб) сосюнт в замене его связывания с обозначенной красным связующей областью на более сильное связывание с активирующим лигандом, как показано на рис. 3.69. ВХОДЯЩИЕ СИГНАЛЫ также и другой способ управления актив постыл белка путем присоединения и уда лспия фг>сфата. В этом случае фосфат не Ф," присоединяется непосредственно к белку; вместо этого, он является частью гуанино вого нуклеотида ОТР, который очень проч но связывается с белком.
Вообще, белки, регулируемые таким способом, находятся в своих активных конформациях, будучи связаны с ОТР. ! )старя фосфатной группы Згс»протвиикинвзв полностью вкпеирувтся происходит, когда связанный ОТР гилроли и>пькоинде когдеотввты нв ввезти вопросы бУдут пшкивпепьиыми зуется ло О!)Р в холе реакции, катализи руемой самим белком, и в таком связанном::.'.
РЕВУВ)зТАТ с О!)Р состоянии белок неактивен. Таким способом ОТР.связы ваннцис белки работают двухпозиционными переключателями, активность которых определяется присут ствием или отсутствием дополнительного фосфата на связанной молекуле ОВР (рис. 3.7!). ОТР-связывающие белки (называемые также ОТРаза ввиду катализируемого ими гидролиза ОТР) охватывают большое семейство белков, все из которых содер >кат разновидности одного и того же связывающеп> О>ТР глобулярного домена. Когда прочно связанный ОТР гидролизуется до ОБР, этот домен подвергаегся конформа ционному изменению, в результате которого янактивируется. Трехмерная структура прототипного члена этого семейства, мономерной ОТРазы, известной под названием Йаз, показана на рис. 3.72. ГИДРОЛИЗ ОТР МЕДЛЕННО БЫСТРО НЕАКТИВНЫЙ.
НЕАКТИВНЫЙ Рис. 3.71. 6ТР-связывающие белки в роли молекулярных переключателей. Для активности 6ТР- связывающего белка (называемого также 6ТРазой), как правило, необходимо присутствие прочно связанной молекулы 6ТР (состояние «включено «). Гидрализ этой молекулы 6ТР дает 60Р и неорганический фосфат (Р ), что побуждает белок перейти в другую, обычно неактивную, конформацию (состояние «выключенол). Как показано на этом рисунке, для возврата переключателя в исходное состояние необходимо, чтобы прочно связанный 6 0Р отделился ат фермента, — медленная стадия, которая значительно ускоряется определенными сигналами; ха«талька 60Р отделился, молекула 6ТР вновь быпро присоединяется к белку.
отр пере спир а ОТР Рис. 3.72. Структура белна йаз в связанной с бТР форме. Эта мономерная отрава иллюстрирует структуру связывающего бТР домена, наличие коего характерно для членов большого семейства ОТР-связывающих белков. Красные области изменяют свою кон формацию, когда молекула ОТР гидролизуется белком до б ОР и неорганическою фосфата; ООР остается связанным с бел нам, а неорганический фосфат высвобождается. Специальная роль «переключающей спирали» в белках, связанных с Каз, обьясняется далее 1см. рис.
3.751. Белок Яах играет важную роль в передаче сигналов в клетках (обсуждается в главе 15). В связанной с ОТР форме он активен и стимулирует каскад реакций фосфорилирования белка в клетке. Болыпую часть времени, однако, белок на ходится в неактивной, связанной с С»1)Р форме. Он становится активным, когда заменяет свою молекулу ОПР на молекулу СТР в ответ на внеклсточные сигналы, такие как факторы роста, которые связываются с рецепторами, находящимися в плазматической мемб>ране (см.
Рис. 15.58). 3.2.24. Регулятормые белки управляют активностью СзТР-связь>- вающих белков, побуждая их к связыванию либо 6ТР либо Са0Р ОТР-связывающие белки управляются регуляторными белками, которые ре шают, будет ли с ними связан СтТР или О()Р, точно так же как фосфорилируемые белки включаются и выклк>чакпся протеинкиназами и протеинфосфатазами. Так Кав инактивируется иктиаируюп(и»г ОТРазу белком (ОАР; СТРте асгтпасгпд ргогетп), который связывается с белком Каз и побуждает его гидролпзировать связанную им молекулу ОТР до Ы)Р— которая остается прочно связанной, — и нсорганиче ского фосфата (Р,), который быстро высвобождается. Белок Каз остается в своей бездействующей, С с>Р-связанной конформации, пока не сталкивается с фактором обмена нуклеотида гуанини (СЕР; диапггге пис1ео(Ые ехсг>апде Тасгог), который связывается с комплексом 01) Р— Каэ и вынуждает его высвободить молекулу (г1)Р.
Поскольку пустой участок связывания нуклеотида незамедлительно занимается молекулой (гТР (в клетках ОТР присутствует в большом избытке над О1)Р), БЕГ активирует Каз путелг косвенного возвращения фосфата, удаленного в ходе гцдролиза СгТР, на свое исконное место. Таким образом, в некотором смысле роли ОАР и ПЕГ аналогичны соответственно протеинфосфатазе и протеинкиназе (рпс. 3.73). ЭХА СИГНАЛА, ВХОД ЩП(АЛА теий- ФАТАЗА г! -Пй'ММНЖ~МНАЖ;,:" '-' Рис. 373. Сравнение двух главных внугриклеточнык механизмов передачи сигналов в клетках зукариот. В обоих случаях сигнальный белок активируется за счет присоединения фосфатной группы и инактивируется посредством удаления этого фосфата.
Для того чтобы подчеркнуть сходство этих двух путей, АТР и бТР представлены соответственно в виде АРРР и бРРР, а АОР и бор — в виде АРР и бРР, Как показано на рис. 3.64, присоединение фосфата к белку может оказывать и ингибирующее действие Белок Каз принадлежит к большому надсемейству лсонозгерных сгТРггз, каж лая из которых состоит из единственного 0)ТР связыван>щего домена размером приблизительно 200 аминокислот.
В ходе эволюции этот домен присоединился также и к более крупным белкам с дополнительными доменами, в результате чего образовалось многочисленное семейство С)ТР связывающих белков. Члены этого семейства включают связанные с рецепторами тримерные (' белки, участвующие в передаче сигналов в клетках (обсудим в главе 15); белки, регулирующие лвиже ние пузырьков между внутриклсточными полостями (обсудим в главе 13); и белки, которые связываются с транспортной Р1!К и востребованы в качестве факторов сборки для синтеза белка в рибосоме (рассмотрим в главе 16).
В каждом случае жизненно важная биологическая функция управляется изменением конформации белка, вызываемым гидролизом СтТР в домене, подобном Кач. Хорошим примером принципа действия белков этого семейства служит белок ЕР Ти. В клетке ЕР-Тц присутствует в болыпом количестве, выполняя роль факто ра элонгации (продления цепи — отсюда название ЕР— е!опйа(1оп Гас(ог) в ходе синтеза белка: ЕР-Тп осуществляет погрузку молекул аминоацил.тРН К на рибосо му. Молекула тРНК образует прочный комплекс с СгТР связанной формой ЕР Тц (рис.
3.74). В этом комплексе аминокислота, прикрепленная к тРНК, размещена таким образом, что не может участвовать в синтезе белка. тР1!К может отдать связанную с ней аминокислоту только после того, как связанный с ЕР.Тп С)ТР будет гидролизирован на рибосоме, что позволит ЕР Тп отсоединиться. Поскольку гндролиз СгТР запускается точным соответствием молекулы тРНК молекуле мРНК на рибосоме, ЕЕ.Тп выполняет функциго фактора, который различает правильные и неправильные пары мРНК вЂ” тРНК (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
