Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.2. Пространственное строение белка (947295), страница 105
Текст из файла (страница 105)
Перутц, Дж. Кендрью и др, [158, 159!. Термодинамическая гипотеза, правда в чисто феноменологическом плане, впервые была сформулирована в 1954 г. Р. Ламри и Г. Эйрингом [1!. А год спустя принцип самоорганизации невалентных комплексов белков между собой и с другими макромолекулами был провозглашен Г. Фраенкель-Кояратом и Р. Уиллиамсом, обнаружившим самопроизвольное реконструирование инфекционного вируса табачной мозаики при инкубации его неактивных белковых и нуклеиновых компонентов. Ф.
Рихарде в 1958 г, открыл хорошо известные сейчас рекомбинантные системы, состоящие из нескольких белковых фрагментов, способных спонтанно собираться посредством невалентных взаимодействий в биологически активные структуры, подобные родительским белковым молекулам [160[. Обратимо и без помощи других веществ происходит сборка рибосомных частиц. А.С. Спирин и соавт. [! 61, 162[, М. Номура и соавт. [163, 164[, подобрав соответствующие условия, наблюдали полную реконструкцию биологически активных 508 и ЗОБ частиц из изолированных рибосомных РНК и двух наборов из 32 и 21 индивидуального рибосомиого белка, При исследовании самосборки частицы 308 Номура и соавт. [165, 166[ обнаружили, что процесс начинается с автономной компактизацин рРНК из состояния 168 в состояние 228 н образования каркаса для размещения белков.
Их последующее присоединение сопровождается четырьмя конформационными переходами нз менее компактного в более компактное состояние [228 -+ 238 -> 258 †> 288 †> 308). Со временем, по мере развития молекулярной биологии, количество белков, их комплексов друг с другом, нуклеииовыми кислотами, липидами, углеводами и т.д., проявляющих склонность к структурной самоорганизации, постоянно росло. Недавно перечень многочисленных водорастворимых глобулярных белков с хорошо известной способностью к обратимой денатурации впервые пополнился несколькими интегральными мембранными белками, пространственное строение которых также удалось успешно ренатурировать Дж. Попоту и соавт. [167[, Т. Серри н Ф.
Янигу [168[. Таким образом, становилось все более 409 очевидно, что присущая белкам склонность к самопроизвольному свертыванию в строго детерминярованные трехмерные структуры без помощи других молекул представляет собой фундаментальное качество биологических систем, обусловливающее специфические особенности не только молекулярного уровня, но и последующих уровней иерархической организации живого. Множество примеров свидетельствует, что такие надмолекулярные структуры, как белковые агрегаты, рибосомы, белковые волокна, вирусы и мембраны, не синтезируются в виде единых, ковалентносвязанных гигантских молекул, а собираются в результате невалентной агрегации макромолекулярных субъединиц. Такой способ построения больших структур имеет ряд очевидных преимуществ. Во-первых, невалентная агрегация одинаковых субъединиц требует меньше генетической информации, а следовательно, меньше генетического материала.
Во-вторых, сборка и диссоциация болыпой структуры, построенной за счет невалентных взаимодействий, легко поддается контролю. В-третьих, сборка структуры нз субъединиц позволяет свести к минимуму количество ошибок, поскольку функционирование специального механизма корректирования в процессе сборки может устранить испорченные субъединицы [169, 170[.
Для белков утвердились следующие принципы их молекулярной структурной организации; 1) аминокислотная последовательностз однозначно определяет нативную конформацию белка; 2) свертывание белковой цепи в натнвную конформацню осуществляется спонтанно, т.е, имеется прямая связь, не требующая посредников, между линейным порядком аминокислот и их расположением в пространстве; 3) стабильная в физиологических условиях конформация белка отвечает минимальной свободной энергии Гиббса. 14.1.
ФЕРМЕНТЫ, УЧАСТВУЮЩИЕ В СВЕРТЫВАНИИ БЕЛКОВ Положение о том, что информация о сборке белка заключена в строении самой белковой молекулы, до недавнего времени являлось общепринятым и воспринималось буквально. Менее очевидными представлялись (и все еще остаются таковыми) побудительные мотивы и механизм спонтанного свертывания белковой цепи. Их трактовка обычно исходила из предположения о появлении на ранней стадии ренатурации вторичных структур, с щтающихся самыми стабильными нз всех возможных форм полипептидной цепи, гидрофобном схлопывании и возникновении так называемой расплавленной глобулы, содержащей многие элементы конечной структуры, и образовании стабилизирующих нативную конформацию ковалентных и ионных взаимодействий, подобных дисульфидным связям и ионным парам (см. гл.
7 н 12 и обзоры последних лет [18, 108, 171 — 175[). Однако эти обьяснения в значительной мере имели гипотетический характер. Ни адно из них в течение десятилетий не смогло привести к разработке 410 строгой физической теории и априорному методу расчета геометрии нативной конформации по известной аминокислотной последовательности.
Поэтому перечисленные выше принципы пространственной структурной организации оставались постулатами, весьма правдоподобными, однако строго не доказанными. Белок-дисульфидиая изомеряза. Х. Динтцис (17б], К. Кенфилд и К. Анфинсен (177] впервые обратили внимание на то, что искусственная сборка нативной конформации рибонуклеазы А с ее четырьмя дисульфидными связями продолжается несколько часов, тогда как биосинтез этого же белка и построение функционирующей трехмерной структуры занимает всего несколько минут.
В то же время, продолжительность сборки таких же небольших белков, стафилококковой нуклеазы (149 остатков) и миоглобина (153 остатка) составляет в условиях ]п чпго всего несколько секунд, т.е. меньше, чем в процессе рибосомного синтеза (2]. К. Анфинсен предположил существование генетического контроля за свертыванием белковой цепи в процессе биосинтеза, осуществляемого с помощью специфических ферментов ("зпв11)]п8 епкушез"), катализирующих скорость-лимитирующие стадии сборки, в данном случае, образование Я вЂ -мостиков.
Действительно,в его лаборатории вскоре был выделен один из таких ферментов. Аминокислотная последовательносгь фермента содержала остаток Суа в восстановленной 8Н-форме, которая участвует в тиол-дисульфидной обменной реакции с синтезируемым белком, ускоряя образование правильной системы дисульфидных связей (178, 179]. Это был первый факт, который свидетельствовал об участии одного белка в сборке трехмерной структуры другого и, следовательно, противоречил (по крайней мере формально) постулатам Ламри и Эйринга и термодинамической гипотезе самого Анфинсена. Долгое время он оставался единственным и практически не замеченным на фоне многочисленных данных о полной ренатурации развернутой белковой цепи ]п г)1го, однозначно подтверждавших положение о том, что вся информация о пространственном строении и функции белка заключена в его амннокислотной последовательности.
Однако при постоянно увеличивающемся внимании к проблеме структурной организации белковых молекул, всевозрастающем количестве работ в области обратимой денатурации, разработке новых методов анализа промежуточных состояний и поиске подхода к изучению деталей рнбосомного синтеза стали все чаще обнаруживаться факты, указывающие на более сложный механизм сборки белка ш ч(чо, чем это, на первый взгляд, следовало из опытов )п г)1го. Но и там положение не отличалось большой ясностью. Оказалось, что в искусственных условиях свертывание природных полнпептидных цепей не всегда бывает успешным.
Лучше всего ренатурируют водо- растворимые однодоменные глобулярные белки небольших размеров. Во многих случаях денатурацня не является в полной мере обратимой, особенно при температурах и концентрациях, приближающихся к найденным (п тмо. В условиях (п ч)1го возвращение к 411 нативной конформации происходит эффективнее при более низких температурах и значительно меньших концентрациях. Неудачами, как правило, заканчивались попытки ренатурировать развернутые цепи сложных белков, имеющих многодоменную структуру и проявляющих свою активность в олигомерных комплексах или при ассоциации с другими макромолекулами. Не поддавались также повторной сборке денатурированные фибриллярные белки соединительных тканей, интегральные мембранные белки и целый ряд других. Отсутствие обратимой денатурации объяснялось, во-первых, уникальными условиями свертывания белковой цепи ш нзуо, малоизвестными и не воспроизводимыми 1п у11го, во-вторых, беспорядочными невалентнымн взаимодействиями развернутых полипептидных цепей, их коагуляцией и осаждением или, в-третьих, ковалентными модификациями, которым подвергаются белки после отделения от рябосом (известно более сотни типов посттрансляционных химических модификаций).
Качественное изменение ситуации в изучении механизмов свертывания белковых цепей наметилось в самом конце 1980-х годов. Оно вызвано открытием нового класса белковых молекул, существование которых мало кто предполагал, во всяком случае, оно представлялось маловероятным. Их функции в жизнедеятельности клеток заключаются в содействии правильной невалентяой сборки других белков, не становясь, однако, компонентами их окончательных физиологически активных структур.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
