Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.2. Пространственное строение белка (947295), страница 106
Текст из файла (страница 106)
Белки этого класса получили название молекулярных шапероновг. Открытие шаперонов вместе с известными ранее, но необобщенными и не привлекшими к себе должного внимания данными поколебало, особенно на первых порах, общепринятую точку зрения на принципы структурной организации белковых молекул. Новые факты неизбежно вели к заключению, что существовавшее представление о свертывании полипептидной цепи!и тгво как о самосборке белка, по меньшей мере не совсем точно отражает реальный процесс. Необходимость пересмотра устоявшегося мнения о взаимосвязи между химическим и пространственным строением белковых молекул диктовалась новыми экспериментальными данными, число которых начинает возрастать лавинсюбразно.
Все они свидетельствовали об уменьшении выхода, замедлении скорости и даже полном прекращении сборки трехмерных структур одних белков по мере снижения вблизи рибосом концентрации других белков. Стали известны две группы молекулярных посредников, функции которых в клеточной сборке белковых цепей оказались значительными и разнообразными. Они влияют на скорость свертывания цепи, целенаправленно ускоряя или замедляя созревание нативной конформации, определяют порядок формообразования сложных комплексов, стимулируя реорганизацию белок-белковых взаимодействий в олигомерных структурах, облегчают деградацию неправильно свернутых цепей„стабилизируют, транспортируют и соединяют в соответствующих клеточных компартментах г Шаперои (сйарегоп) — в переводе с английского означает полсилую даму, которая оберегает юную леди при ее ныкоде в свет.
412 компоненты макромолекулярных агрегатов, предотвращая несвернутые или частично свернутые полипептиды от случайных, непродуктивных взаимодействий. Белки одной группы посредников — это ферменты, катализирующие сборку полипептидной цепи путем образования с ней ковалентных промежуточных комплексов, что сокращает продолжительность случайно-поискового механизма процессов просгранственной организации белковых молекул. Белки второй группы — молекулярные шапероны.
В принципе они также подпадают под определение ферментов, поскольку влиюот лишь на скорость структурной организации белковой цепи, предохраняя ее от неправильных внутримолекулярных и межмолекулярных контактов. Различие в том, что шапероны, во всяком случае уже известные, реализуют свои многочисленные функции только за счет невалентных контактов со свертывающимся белком, не вступая с ним в химические взаимодействия. В посредническую группу ферментов входят белок-дисульфидная изомераза, впервые обнаруженная К. Анфинсеном и соавт. [178, 179[, н пептидилпролил-цис-транс-изомераза, выделенная Дж.
Эдманом, Л. Эллисом и Р. Блэнчером [1801. Они катализируют скорость- определяющие стадии сборки белковой цепи [п ггхо — тиолдисульфидную обменную реакцию и изомеризацию пептидной связи, предшествующей остатку пролина [Х вЂ” Рго, где Х вЂ” любой аминокислотный остаток последовательности) [1811. Оба фермента не определяют путь свертывания полипептидной цепи, а лишь ускоряют создание правильной системы дисульфидных связей, в первом случае, и требуемых конфигураций пептидных связей, во втором, способствуя быстрой перегруппировке 8 — 8-мостиков из иис-конфигураций в трансу дипептидов Х вЂ” Рго, которые не отвечают нативпой конформации белка. Оба фермента, выделенные из клетки и очищенные, выполняют те же функции в условиях [п ч11го [174, 179, 182 — 184), Белок-дисульфидная изомераза в значительном количестве присутствует в эндоплазматических ретикулумах различных типов клеток эукариот. Ее активность хорошо коррелирует с уровнем синтеза секреторных белков [1851.
Химические перекрестные модификации фермента свидетельствуют об избирательности его взаимодействий с синтезируемыми на рибосомах в эндоплазматическом ретикулуме полипептидными цепями иммуноглобулинов [1861. Введение очищенной изомеразы в микросомы, предварительно освобожденные от нее щелочной или детергентной обработкой, вновь восстанавливает котрансляционное образование дисульфидных связей при внеклеточном рибосомном синтезе белковой цепи [1841.
Белок-дисульфидиая изомераза клеток млекопитающих проявляет активность в форме димера идентичных субъединиц молекулярной массы около 57 кДа [1801. Пространственная структура отдельной молекулы состоит из двух доменов, каждый из которых обнаруживает близкую гомологию с тиоредоксином [!871, — небольшим белком с молекулярной массой 12 кДа, присутствующим во всех живых 413 Таблица Н17 Ферменты, учасгиующие и сборке натнииой конформации белка [1931 Пснтнанлпроанл-Ннс-транс- нзомеразн(РР1) Исто енк Белок.
Лнсулмрнанаа изомераза(РОП Сра-Ррг РКВР-РР) Органелаа Организм Е. сои Цигозоль Периплазма Цитозоль Тиоредоксип Ротамаза Ь Ротамаза а СРЫР(Срг!р) РЬЫР(рйг1р) (НЬР)р) УСУРВ Эидоплазмати- ческий ретикулум РГг( Еой)р Сур Циклофилнн (РР!азе) (СУРА) СУРВ( СУРЕР) Млекопитающие Р)Н(ЕЯР59) ОЯВР енр72 Еирб! РГУ! Эидоплазмати- ческий ретикулум Эндоплазматичес- кий ретикулум Растении Хлоропласгы 414 организмах, от бактерий до высших эукариот 1188) (табл. 111.7). Тиоредоксин обладает окислительно-восстановительным (редокс) потенциалом, способствующим образованию, изомеризацин и разрушению дисульфидных связей.На основе изученного пространственного строения его была построена модель функционирующего димера белокдисульфидной изомеразы [187).
Она включает четыре подобные тиоредоксину домена, дитиол-дисульфидные активные центры которых расположены на поверхности комплекса. Исследования Р. Нойва и У. Леннарса 1189) показали, что образование Я вЂ” Я-мостиков в клеточной и бесклеточной системах происходит практически сразу же после проникновения фермента в канальца эндоплазматического ретикулума или внутрь микросомы и продолжается одновременно с рибосомнгугаг синтезом белка. Назначение белок-дисульфндной изомеразы не сводится только к сокращению времени сборки белковой цепи путем быстрого разрушения неправильных дисульфидных связей и восстановления сульфгидрильных групп.
В своей гомодимерной форме (87) она входит и тетрамерный комплекс аз)зз пролил-4-гидроксилазы, катализирующей известную модификацию боковых цепей остатков пролина и синтезнруемых аминокислотных последовательностях коллагена 11901. Белок-дисульфидная изомераза является также составной частью гликозидазы [!91] н триглициридтраисферазы [192]. Кроме того, в эндоплазматическом ретикулуме обнаружен ряд других белков (ЕКр59, ЕКр61, ЕКр72), содержащих гомологичные тиоредоксину субъединнцы. Их функции еще не вполне ясны.
Таким образом, эндоплазматнческий ретикулум содержит, помимо белок-дисульфидной изомеразы, целое семейство многопрофильных ферментов, в которые входят тиоредоксиноподобные структуры с дитиолдисульфидными активными центрами. Все ли онн обладают окислительно-восстановительным потенциалом я принимают участие в котрансляцнонной и посттрансляционной сборке белковой цепи или только катализнруют различные модификации секреторных белков пока неизвестно.
Пеитидилпролил-цис-транс-изомераза. Пептидные связи в белках и ненапряженных циклах обычно планарны и реализуются в двух энергетически предпочтительных ротамерных формах, получивших название цис-и транс-конфигураций (рис. 111.22). Барьеры вращения вокруг связей С' — Х в свободных молекулах атомов составляют 15— 20 ккал/моль, а разность энергии, ЬНмр ~г, — на порядок меньше в пользу тринс-конфигурации. Наблюдаемые различия в энергии форм не могут быть объяснены суммарным эффектом невалентных ван-дерваальсовых и электростатических взаимодействий [!94]. Необходимо предположение о неодинаковом электронном строении двух конфигураций, незначительном в масштабе энергии связей, но существенном в установлении той илн иной формы. По приближенной оценке, величина валентного вклада в стабилизацию более выгодной транс-формы составляет 1,0 — 2,0 ккал/моль. Отклонение от аддитивности в распределении электронной плотности связей, образуемых азотом пептидной группы, объясняет доминирование у Х-алкилформамидов транс-конфигурации, уступающей альтернативной форме по энергии невалентных вазимодействий.
На небольшое различие в электронных свойствах связей амидного азота и транс- и цис-конфигурациях С вЂ” Х- связи указывают некоторые опытные факты, например, неэквивалентность длин связей и дипольных моментов МН, валентных углов Н!чС аминогруппы формамида [195, 196]. На формирование пространственного строения полипептидов и белков оказывают воздействие не только различие в энергии конфигураций отдельных пептидных связей, но и кооперативные конформационные эффекты и влияние растворителя.
В принципе не исключены ситуации, когда даже небольшой предпочтительности в энергии одной из форм окажется достаточно для реализации структуры всего полипептида. Или, напротив, исходя из общей энергии молекулы, оптимальной может стать конфигурация пептидной связи, имеющая несколько большую (в изолированном состоянии) величину энтальпии. Например, поли-Ь-пролил в иеполярных средах содержит пептидные группы в цис-форме (полипролин 1), а в полярных — трпнс-форме (полипролин П).
В тех же условиях у его ближайшего конформацнон- 4!5 ного аналога поли-Х-метил-Ь-аланина пептидные группы реализу. ются только в транс-форме. Согласно результатам теоретического анализа, разность в энергии цис- и транс-полипролина невелика (О— 1,5ккал/моль в пользу последнего) и, как показывает эксперимент, может перекрываться влиянием растворителя [197). Транс-конфигурации пептидной связи в белках, как правило, выгоднее цис- и в электронном, и конформационном отношениях. При цис-конфигурации связи С' — )з) неблагоприятные контакты могут возникнуть между атомами С и боковыми цепями смежных остатков С" С '~+У ,.. Оь,...,ц...,...
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
