Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 54
Текст из файла (страница 54)
6.67 служит отправной точкой для даль нейшего экскурса на тему этой функции ЕР Тц). Сравнивая трехмерные структуры ЕЕ Тц в его связанной с СгТР и С'РР формах, можно видеть, как происходит изменение положения тРНК. Огделе ние группы неорганического фосфата (Р,), которым сопровождается реакция ОТР з ОГ)Р + Рп вызывает сдвиг на несколько десятых нанометра в участке связывания С)ТР, так же как зто происходит в белке Ваз.
Этот ничтожно малый сдвиг, равный нескольким диаметрам атома водорода, вызывает конформационное изменение, которое распространяется по важнейшей части и спирали, названной переключающей спиралью (5ьзт(с)з )ге(гх), в йаз подобном домене этого белка, Переключаюп1ая спираль напоминает своеобразную защелку, которая будучи сцеплена с определенным участком в другом домене молекулы, удерживает белок в «замкггутой» конформации. Конформационное изменение, запускаемое гидроли зом 6ТР, заставляет переключагогцунз спираль раскрываться, отпуская связанные с ней домены, которые выворачиваются в сторону на расстояние приблизительно 4 нм. В результате этого связанная молекула тР11К связанная с тРНК высвобождается, а бывшая с ней аминокислота по аминокислота лучает возможность быть встроенной в полипептид (рис.
3.75). В этом примере интересно обратить внимание на то, как клетки используют энергию простой хими ческой реакции, которая происходит на поверхности маленького белкового домена, чтобы произвести движение в 50 раз большее по размаху. Прн зна чительных изменениях подобного типа происходят очень болыпие передвижки, как в двигательных, или моторных, белках, о чем мы поговорим позже.
Рис. 3.74. Аминоацил-тРИК, связаная с ЕГ-То. Три домена белка ЕГ-Тц окрашены по-разному, соответственно цветам на рис. 3.75. Зто банте р пал ьн ый белок; однако весьма подобный белок существует у зукариот; его называют ЕГ 1 !Из Р. Кйззеп ет ац 5сгепсе 270. 1454 — 1472, 1995. С любезного разрешения издательства ААА5. ) участок домен связывания тРНК , х,~»',л перекгкочающая домен,„, г',г г спираль ь)ЕН, .',, ,г 2 ,~' домен г :-'Ф гядргвжа сзТР ~ высвобохгдение 1 """ ',,„- -л,.
' связанный ООР но б) а) Рис. 3.75. Важнейшее конформационное изменение в ЕГ-Тц, вызываемое гидролизом ВТР. а) Трехмерная структура ЕВТц со связанным с ним 6ТР Домен сверху имеет структуру, подобную белку паз, и его красная а-спираль является переключающей спиралью, которая смещается после гидролиза бТР.
б) Изменение конформации переключающей спирали в домене 1 вызывает поворот доменов 2 и 3 как целостной единицы примерно на 90' в сторону наблюдателя, в результате чего высвобождается тРНК, которая была показана связанной с втой структурой на рис. 3 74. (Рис. а переработан из Н. Вегсыошета)., Иа тоге 365:126-132, 1993. С любезного разрешения издательства Массо) йап Рцьвзьегз ГШ. Изображение б любезно предоставили Магмах 5рппг! и Яо)Т Н))бенге)О.) 3.2.26. Движение в клетках обеслечиваизт моторные белки Мы узнали, что конформационные изменения в белках играют центральную роль в регуляции работы ферментов и передаче сигналов в клетках.
Теперь мы обсудим белки, главная функция которых заключается в перемещении других мо лскул. Такие моторные белки генерируют силы, за счет которых осуществляется сокращение мышц, а также ползание и плавание клеток. Моторные белки ответ ственнзя также и за внутриклеточные движения гораздо мсныпего масштаба: они гюмогают перемещать хромосомы к противоположным концам клетки во время митоза (обсуждается в главе 17), передвигать органеллы по молекулярным путям в пределах клетки (обсуждаем в главе 1б) и перемещать ферменты по цепи Д11К в процессе синтеза новой молекулы !111К (обсужлается в главе 5).
Все эти осно вополагакзщие процессы зависят от белков, в состав которых входят двигательные домены и которые являются своего рода силовыми машинами. Как такие машины работают? Друпгми словакш, как клетки используют измене ния формы в белках, чтобы производить направленныс движения? Если, например, белок должен идти по узкой нити типа молекулы Д1!К, он может делать это за счет прохождения через ряд конформационных изменений наподобие представленных на рпг. 3.76, 110 не имея ничего, что могло бы осуществлять эти изменения в строгой Рис.
3.76. Аллостерический кшагающийя белок. Хотя три его различные конформации позволяют ему кшагатьв назад и вперед„будучи связанным с волокном или филаментом, этот белая не способен равномерно передви- гаться в каком-либо одном направлении. ;,'мс ".." 2 ж аФ$ЪХезт,.~...... 1!В>В>йх 3 ~ киюкко АОР Рис. 3.77. Аллостерический моторный белок. Переход между тремя различными конформациями включает этап перемещения, который обусловлен гидролизом связанной молекулы АТР, и благодаря этому полный цикл становится по существу необратимым.
Поэтому, осуществляя повторные циклы, белок непрерывно перемещается вправо по нити. ч>сет 1 направление движения последователыюсти, они будут абсолютно обратимы, и белок обречен лишь беспорядочно блуждать по нити взад и вперед. Мы можем взглянуть на эту ситуацию иначе. Так как имеет место направленное движение белка, законы термодинамики (рассмотренные нами в главе 2) требуют, чтобы такое двнже ние использовало свободную энергия> из какого то другого источника (в противном случае такой белок мог бы быть ис пользован для создания вечного двигателя).
Следовательно, без подачи энергии молекула белка может лишь скитаться туда-сюда б>езо всякой цели. Как клетка может сделать такой ряд конформационных изменений однонаправленным? Чтобы полный цикл протекал лишь в одном направлении, достаточно сделать какое либо одно из изменений формы необратимым. Большая часть белков, >>: которые способны продвигаться в одном направлении на боль '";: "::,.' '":" з шие расстояния, достигает этого за счет сопряжения одного из конформационных изменений с гидролизом связанной с ними молекулы АТР. Механизм подобен только что описан ному — который питает изменения формы аллосте рического белка энергией гидролиза ОТР.
Поскольку прн гидролизе ЛТР (или ОТР) высвобождается боль шая порция свободной энергии, очень маловероятно, й1(Р)бб1МНИб ЧГ>уййтй>ие 1 что связывающий»уклеотид белок претерпит обратное >>Фэ изменение формы, необходимое для движения назад, так как для этого потребовалось бы, чтобы он обратил вспять также и гидролиз АТР, добавляя молекулу фосфата к А>)Р с воссозданием ЛТР. .Гт2 В модели, показанной па рис. 3.77, связывание АТР переводит моторный белок из конформации 1 в конформацию 2. После этого связанный АТР ги дролизуется с образованием АРР и неорганического фосфата (Р,), что вызывает изменение копформа ции 2 в конформацию 3.
Наконец, высвобождение связанных ЛРР и Р, переключает белок обратно б>(ИЕ в конформацию П Поскольку энергия, вырабаты 3.2. Функция белка ваемая в ходе гидролиза АТР, расходуется на переход 2 — > 3, этот ряд конформационных изменений является фактически необратимым.
Таким образом, полный цикл происходит только в одном направлении, в силу чего молекула белка непрерывно перемещается вправо, как показано в данном примере. Многие моторные белки направляют движение именно таким общим способом, в том числе и двигательный белок мышц миозин, который движется по актиновым филаментам, чтобы вызвать сокращение мышцы, и белки кинезины, которые передвигаются по микротрубочкам (оба белка будут подробнее рассмотрены в главе 16). Подобного рода движения могут быть быстрыми: некоторые моторные белки, участвующие в репликации ДНК (ДНК-хеликазы), продвигаются по нити ДНК с такими высокими скоростями, как 1000 нуклеотидов в секунду.
3.2.27. Связанные с мембраной переносчики используют энергию для перекачивания молекул через мембраны К настоящему времени мы познакомились с тем, как аллостерические белки могут работать в качестве микрочипов (Спк и Ягс-киназы), факторов сборки (ЕР-Тп) и генераторов механической силы и движения (моторные белки).
Аллостерические белки могут также использовать энергию, полученную за счет гидролиза АТР, градиентов концентрации ионов или процессов переноса электронов, для перека чивания определенных ионов или малых молекул через мембраны. Здесь и сейчас мы рассмотрим один из таких примеров; другие же отложим до главы 11. АВС-переносчики (АТР-Ь1пс)1пй саззе1е) образуют важный класс связанных с мембраной белков-насосов.
У людей кодируют их по крайней мере 48 различных генов. Эти переносчики главным образом работают на экспорт гидрофобных молекул из цитоплазмы и тем самым выполняют, например, задачу удаления токсичных молекул у поверхности слизистой оболочки кишечного тракта или в гемоэнцефа лическом барьере. Изучение АВС-переносчиков представляет большой интерес в клинической медицине, потому что перепроизводство белков этого класса вносит вклад в развитие устойчивости опухолевых клеток к химиотерапевтическим препаратам. А у бактерий белки того же типа выполняют главным образом функцию импорта необходимых питательных веществ в клетку. АВС-переносчик представляет собой тетрамер, состоящий из пары пронизывающих мембрану субъединиц, связанных с парой АТР-связывающих субъединиц, расположенных чуть ниже плазматической мембраны (рис. 3.78, а). Как и в других рассмотренных нами примерах, гидролиз связанных молекул АТР сопровождается конформационными изменениями в белке, причем такой силы, что это заставляет пронизывающие мембрану субъединицы перемещать связанные ими молекулы сквозь двойной липидный слой (рис.
3.78, 6). Люди изобрели множество различных типов механических насосов, и не долж. но выглядеть удивительным, что клетки тоже содержат привязанные к мембране насосы, которые, правда, работают иным образом. В числе наиболее примечатель ных — ротационные насосы, которые сопрягают гидролиз АТР с переносом ионов Н' (протонов). Эти насосы напоминают собой миниатюрные турбины и используются для подкисления внутренней среды лизосом и других органелл эукариот. Подобно другим ионным насосам, которые создают градиенты концентрации ионов, они могут выполнять обратную функцию и катализировать реакцию АРР + Р, -+ АТР, если установившийся в мембране градиент того иона, который они переносят, будет достаточно крутым. 32.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
