Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 55
Текст из файла (страница 55)
Функция белка 279 Один из таких насосов, АТР-синтаза, использует градиент концентрации протонов, устанавливаемый за счет процессов переноса электронов, для выработки большей части АТР, используемой в живом мире. Этот повсеместный насос играет центральную роль в преобразовании энергии, и мы непременно изучим его трехмерную структуру и обсудим механизм его работы в главе 14. 3.2.28. Часто белки образуют крупные комплексы, из которых получаются настоящие белковые машины Крупные белки, состоящие из многих доменов, способны выполнять более сложные функции, чем маленькие, однодоменные белки.
Однако наиболее впечатляющие задачи выполняют крупные белковые ансамбли, образованные из множества белковых молекул. Теперь, когда имеется возможность воссоздать большинство биологических процессов в бесклеточных системах в лабораторных условиях, ясно, что все основополагающие процессы в клетке — такие как репликация ДНК, синтез белка, отпочковывание пузырьков или трансмембранная передача сигналов — ка тализнруются точно согласованными, связанными воедино наборами из 10 и бо лес белков. В большинстве таких белковых машин энергетически благоприятная реакция, например гидролиз связанных нуклеозидтрифосфатов (АТР или ОТР), приводит к упорядоченной серии конформационных изменений в одной или не скольких отдельных белковых субьединицах, что позволяет всему ансамблю белков перемещаться согласованно.
Таким же образом, каждый фермент может быть непо средственно перемещен в очередную, надлежащую ему, позицию, по мере того как машина катализирует последовательную цепь реакций, одну за другой. Имеигго это происходит, например, при синтезе белка на рибосоме (рассматривается в главе 6) или при репликацин ДНК вЂ” когда большой многобелковый комплекс быстро пере двигается по ДНК (рассматривается в главе 5).
В ходе эволюции клетки создали белковые машины по той же причине, по которой люди изобрели механические и электронные машины. При выполнении почти любой задачи манипуляции, которые согласованы и в пространственном, и во временнбм отношении посредством взаимосвязанных процессов, оказываются намного более эффективными, чем использование отдельных инструментов.
3.2.29. Белковые машины со взаимозаменяемыми деталями эффективно используют генетическую информацию Дабы погрузиться в природу белковых машин глубже, мы рассмотрим относи тельно простую из них: убиквитиилигазу ЯСГ. Этот белковый комплекс связывает Рис. 3.78.
Переносчик АВС (АТР-связывающая кассета) — белковая машина, которая перекачивает большие гидровобные молекулы через мембрану. а) бактериальный белок ВтцСО, который импортирует витамин В„в Е. сой потребляя для этого энергию гндролиза АТР. Связывание двух молекул АТР приводит к образованию смычки между двумя АТР-связывающими субъединицами. Структура представлена в АОР-связанном состоянии, где канал во внеклеточное пространство, как можно видеть, открыт, но проход к цитозолю остается закрытым.
б) Схематическое представление перекачки субстрата АВС-переносчиками. У бактерий связывание молекулы субстрата на внеклеточной стороне белкового комплекса запускает гидрол из АТР сопровождаемый высвобождением АОР в результате чего открывается проход к цитоплазме; после этого насос принимает исходное состояние в клетках и становится готовым к осуществлению следующего цикла. В эу кар иотических клетках имеет место противоположный процесс, в ходе которого молекулы субстрата вы кач ива ются из клетки. (Иэображение а переработано из К.
Р. Еослег, Согг. Ор)п. 5ггисг. Вю). 14: 426-441, 2004. С любезного разрешения издательства Е1зеч1ег.) различные «целевые белки» в различные моменты клеточного цикла и ковалент но присоединяет мультиубиквитиновые полипептидные цепи к этим белкам. Его С образная структура образована из пяти белковых субъединиц, наибольшая из них служит каркасным белком (уса((о(г[ рго(ет), на котором зиждутся остальные.
Благодаря такой структуре и возможно функционирование сего замечательного ме ханизма ( рис. 3. 79). ) [а одном конце буквы С находится убиквитин конъюгируюший фермент Е2. (-(а другом конце — субстрат-связывающий отросток — субъединица, известная под названием белок Г бокс. Эти две субъединицы разделяет зазор про тяженнггстью около 5 нм. Когда белковый комплекс активируется, белок Е-бокс белок Р-бокс (субстрат. связывающий отросток) й целевой белок биквитин ,7г ф" убиквитин- конькх.ирующий фермент Е2 огьвдептер 1 ЦЕЛЕВОЙ БЕЛОК СВЯЗЫВАЕТСЯ каркасный белок (куллин) в) ..
Ф -4' двв из мнсзкестве 'Чъьйь%7'я чф~ возможных ', ~ъ, и 'а~ 3ф вариантов субстрат- связывающих " ': збьь отростков '[ъ,' - 1 полиубиквитинированный белок, предназначенный /хг В!~ в) убиквитинлигаза Рис. 3.79. Структура и принцип действия 5СЕ убиквитинлигззы. а) Структура комплекса из пяти белков, который включает в себя убиквитинлигззу Е2. Белок, обозначенный здесь как сопрягающий адаптер 1, представлен белком аьх1/Н гт1, сон рягающий адаптер 2 — белком 5ХР1, з хулл ин — белком Сц!1. 6) Сравнение одного и того же комплекса с двумя различными субстрат связывающими отростками — белками Р-бокс, соответственно, 5хр2 [вверху) и б-тгСР1 [внизу).
е) Связывание и убиквитинирование целевого белка 5СГ уби квитинли геюй. Если, как показано, цепь молекул уби нанти на прикрепляется к одному и тому же лизину целевого белка, то зтст белок получает метку (можно сказать «черную метку») нз быстрое разрушение протеасомой. (Изображения а и б переработаны из б.
ууи ет з!., Ато!. Се[! 11: 1445 — 1456, 2003. С любезного разрешения издательства Е!зеч!ег) связывается со специфическим участком на целевом белке, благодаря чему белок помещается в зазоре таким образом, что некоторые из его лизиновых боковых цепей входят в контакт с убиквитин-конъюгирующим ферментом. В результате этого фермент получает возможность многократно катализировать присоединение убиквитинового полипептида к этим лизинам (см. рис. 3.79, в), производя полиубиквитиновую цепь, которая становится меткой для быстрого разрушения целевого белка в протеасоме (см.
разд. 6.2.21). Подобным же образом определенные белки помечаются для быстрого разрушения в ответ на определенные сигналы, что способствует планомерному протеканию клеточного цикла (обсуждается в главе 17). Определение временных моментов разрушения зачастую предполагает создание специфической схемы фосфорилирования целевого белка, что необходимо для его опознания субъединицей г-бокс. Для такого рода хрономегрирования также требуется активация убиквитинлигазы ЯСг, которая несет на себе сответствующий субстрат-связывающий отросток. Многие из таких отростков (субъединиц типа г-бокс) взаимозаменяемы в подобных белковых комплексах (см. рис. 3.79, б), и существует более 70 генов человека, которые их кодируют.
Как было подчеркнуто ранее, как только в результате эволюции появляется удачный белок, природа стремится дублировать его генетическую информацию, чтобы положить начало семейству родственных белков. Так, например, мало того что существует целое множество белков г-бокс, — что делает возможным узнавание различных наборов целевых белков, — имеется также и семейство каркасов (известных под более претенциозным названием куллинов), которые образуют семейство 5Сг-подобных убиквитинлигаз. Давление естественного отбора на живые организмы, оказываемое с целью минимизировать число генов (см.
равд. 5.1.2), возможно, помогает объяснить, почему РНК-сплайсинг столь распространен у высших эукариот, ибо это позволяет синтезировать многочисленные родственные белки из одного-единственного гена (обсудим это в главе 6). Белковая машина, построенная наподобие убиквитинлигазы ЯСг, с ее взаимозаменяемыми частями, аналогичным образом обеспечивает экономичное использование генетической информации в клетках, поскольку новые функции всего комплекса могут возникать в ходе эволюции попросту за счет появления альтернативного варианта одной из его субъединиц. 3.2.30. Активация белковых машин зачастую предполагает размещение их на специфических участках По мере того как ученые проникали во все более и более сокровенные тайны клеточной биологии, они постигали химию клетки на все более и более высоком уровне.
Таким образом, кроме того что, как теперь знаем, преобладающую роль в ней играют белковые машины, недавно стало очевидно, что большинство таких машин формируется на определенных участках клетки и активируется только там и тогда, где и когда они необходимы. Используя флуоресцентно-меченые— слитые с зеленым флуоресцентным белком (Огр) — белки в живых клетках (см. равд. 9. 1.9), цитологи могут проследить за изменением положения конкретных белков, которое происходит в ответ на определенные сигналы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
