Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.2. Пространственное строение белка (947295), страница 110
Текст из файла (страница 110)
Позднее гомологичньш белки были обнаружены в сахаромицетах (Я. сеген!я!ае), клетках яичек быка и ретикулоцитарном лизате кролика. Эти белки организованы в гетероолигомерный комплекс с молекулярной массой около 970 кда, получивший название ТК!С [ТСР! пп8 согпр!ех). Комззлекс Тн!С содержит белок ТСР! с молекулярной массой б0 кДа и 5 — 7 белко~ с молекулярной массой 50 — б8 кда, которые пока не охарактеризованы. 427 Кроме того, в комплекс может входить различное число белков )гвру0. Несмотря на то что комплекс является гетероолигомерным, по электронно-микроскопическим фотографиям он похож на гомоолигомерный комплекс клеток Е.
со11 (рис. В1.28). Внутренняя полость этих олигомеров, вероятно, значительно больше, чем у СтоЕ(.. В экспериментах [п уйго ТЕ(С проявляет шаперонную активность. Более подробно структура шаперонов-60 пока не изучена, однако наличие АТР-связывающего участка у каждого мономера весьма вероятно. В экспериментах 1и уйго показано, что ренатурация таких ферментов как "рубиско", тнолсульфотрансферазы и а-гликозидазы происходит при образовании комплекса с шапероном-60 и шапероном-10 в присутствии АТР, ионов М82'и К'(или [ч)Н4).
В отсутствие одного яз этих компонентов восстановление активности фермента не происходят [242). Стехиометрическое соотношение олигомерного шаперона в комплексе со свертывающимся белком — 1:1. Специфичность связывания в полипептидной цепи с шапероном неизвестна, однако ясно, что образуется прочный невалентный комплекс.По-видимому, прежде чем будут получены данные рентгеноструктурного анализа с высоким разрешением поверхности связывания шаперона с белком, нельзя предположить достоверного механизма связывания. Свертывание белковой цепи, вероятно, происходит на поверхности шаперона (аналогично реактивации фермента на твердой матрице). Механически "пончиковая" структура комплекса бгоЕ(. может свидетельствовать о том, что полипептидная цепь способна протягиваться сквозь пору, как при трансляции на рнбосоме. Попытки оценить конформационное состояние "субстратного" белка, связанного с шапероном, предпринимались с использованием спектральных методов, метода ограниченного протеолиза и функциональных методов (по выявленшо ферментативной активности, связыванию конформационных антител) [268).
Исследовали взаимодействие СггоЕЬ, как молекулярного шаперона, с белками, содержащими а-спиральные и 0- складчатые структуры, в частично свернутом и полностью денатурированном состояниях, Методом ЯМР было показано, что при взаимодействии пептида, соответствующего [х)-концевому а-спиральному участку роданазы, с шапероном исследуемый пептид принимает конформацию близкую к а-спиральной, тогда как просто в растворе его конформации случайна [294, 295!.
Было предположено, что гидрофобная поверхность спирали служит "якорем" в "кармане связывания" шаперона. Но этот вывод не может быть применен к [5-складчатой структуре, например к фрагменту антитела, который взаимодействующему с Югом . Наиболее стройная гипотеза молекулярного механизма функционирования шаперонов прн свертывании белка предложена Дж. Мартином и Ф. Хартлом [296].
Схематично механизмы представлены на рис. Е1.29, где рассмотрено свертывание вновь синтезирующейся поли- р и с. И!.29. Предполагаемый механизм свертывания сиигезиругощейся полипептидиой цепи с участием шаперонов Ьвруо (()иаК, Ггиа), СгрЕ) и шаперонов 60 (СгоЕ(, СгоЕЗ) [ (931 429 пептидной цепи с участием шацеронов Ьзр70 (1)паК и вспомогательных белков 17паУ и ОгрЕ) и шаперонинов-60 (ОгоЕ1. н Огпу), При появлении Х-концевого участка синтезирующейся полипептидной цепи протяженностью более 7 аминокислотных остатков из рибосомы происходит связывание шаперона ПпаК.
Позже при удлинении цели до 50 — 60 аминокнслотных остатков к цепи присоединяется вспомогательный белок 1)паХ, который стабилизирует комплекс 1)паК с белковой цепькз и стимулирует ее АТРазную активность. По мере удлинения цепи с ней могут связываться следующие молекулгя ПпаК и Ппа1. При формировании такого тройного комплекса полипептидная цепь — 1)паК вЂ” 1)па) происходит связывание и гидролиз АТР, причем АПР остается присоединенным к тройному комплексу н при этом сродство РпаК к полипептидной цепи увеличивается, создавая прочный комплекс.
Однако для достижения белком конечной конформации необходимо ее освобождение из комплекса с шапероном. Это происходит при участии белкового регуляторного фактора ОгрЕ, который вытесняет А1)Р из комплекса 1)паК вЂ” Ппа), опять происходит связывание АТР и уменьшается сродство полипептидной цепи к 1)паК и ее конформационная перестройка. В том случае, когда такая перестройка приводит к формированию натнвной структуры, полипептидная цепь освобождается из комплекса. Если же достижения нативной структуры не произошло, циклы повторяются.
В ряде случаев для белка недостаточно помощи пзр70 и они вынуждены прибегнуть к помощи шаперонина-60 для формирования конечной трехмерной структуры. Олигомерный белок пзр60 предотвращает неправильныс взаимодействия между экспонированными участками глобул, которые могут привести к агрегации молекул белка. Шаперонины, по-виднмому, взаимодействуют с уже полностью синтезированной и частично свернутой полнпептидной цепью, При этом шаперонин ОгоЕЬ находится в комплексе с ОгоЕэ, которыя стабилизирует его АОР-форму, как и в случае пзр70 (1)паК вЂ” АРР стабилизируется РпаХ).
Полипсптидная цепь погружается в полость тороида, вероятно, формируя нековалентные связи с каждым его мономером. Сродство комплекса ОгоЕ1.— ОгоЕБ и связанных молекул АРР к полипсптидной цепи при этом велико. Однако связывание самого белка приводит к дестабилизации комплекса, его днссоцнацнн и освобождению АПР, который замещается на АТР. При этом сродство ОгоЕЕ к белку уменьшается и белок получает свободу внутри торонда для оптимизации своей конформации.
Затем происходит гидролиз АТР. А1)Р остается связанным с ОгоЕЕ, а ОгоЕЯ стабилизирует эту связь, подойдя, как предполагают с другой стороны тороида. Сродство к белку внутри тороида опять возрастает и цикл повторяется вновь до тех пор пока конформации белка не статист нативной, а значит нс будет взаимодействия с ОгоН., дестабилизации комплекса и вытеснения А1)Р. В этом случае молекула белка в нативной конформации освобождается нз полости торонда. Известно, что для свертывания полнпептидной цепи фермента тиосульфатсульфотрансферазы необходимо 130 молекул АТР.
430 Глава 15 ОБЩАЯ ТЕОРИЯ СВЕРТЫВАНИЯ БЕЛКОВОЙ ЦЕПИ Рассмотренные в предыдущих главах 111 части исследования перехода свернутой белковой цепи в развернутую неструктурированную форму и обратного перехода флуктуирующей полипептндной цепи в исходную компактную трехмерную структуру позволили сформулировать фундаментальное положение о том, что нативная конформация белковой молекулы отвечает равновесному состоянию и, следовательно, не зависит от конкретных внешних условий и путей свертывания (1п ч)чо или )п ч?гго), т.е. от предыстории, а всецело определяется составом и порядком расположения аминокислот. Было доказано, гго все необходимые сведения о физиологически активном пространственном строении белка и его конформационных возможностях заключены в аминокислатной последовательности.
В процессах свертывания и развертывания полипептидиой цепи проявляется непосредственная связь между химическим и пространственным строением молекулы белка. Трансляция линейной последовательности в трехмерную структуру возможна, однако, талька при определенных физиологических условиях. При их соблюдении процесс свертывания осуществляется спонтанно в том смысле, что принятие белком своей равновесной нативнай конформации не требует специального морфогенетического молекулярного аппарата, как зто имеет место, например, в случае пространственной организации молекул ДНК (а роли шаперонов в свертывании белков см.
гл, 14). Дать трактовку механизма свертывания белковой цепи из состояния статистического клубка в строго детерминированную трехмерную структуру означает ответить на следующие вопросы: 1. Каковы побудительные мотивы самопроизвольна протекающего процесса сборки природной аминокислотной последовательности в нативную конформацию. Или, другими словами, какие силы управляют процессом самосборки белковой цепи? 2.
Каким образом беспорядочные и случайные конформацианныс флуктуации белковой цепи (вращения вокруг ординарных связей) спонтанно и безошибочно приводят к созданию вполне определенной трехмерной структуры белка? 3. Почему столь мала продолжительность сборки нативной конформации белка, осуществляемой по единственно возможному случайно- поисковому механизму, казалось бы неизбежно связанному с перебором огромного массива конформацианньгх флуктуаций? В течение последних десятилетий было предпринято много попыток ответить иа зти вопросы. Тем не менее, все они оказались неудачными.
В редких случаях, касающихся укладки белков, содержащих дисульфидные связи, удалось оценить через определенные последовательности возникновения промежуточных моно-, дн-, ...Б — Б-продуктов 431 ориентировочный порядок свертывания белковой цепи на пути к нативной конформации. Этот экспериментальный материал [по-видимому, самый ценный из всего того, что имеется на сегодняшний день в данной области) все еще остается в значительной мере невостребованным для более глубокого проникновения в проблему и разработки строгой теории свертывания белковой цепи. Исследования обратимой денатурации белков, проведенные в конце 1980-х †нача 1990-х годов, не внесли качественных изменений в понимание этого уникального явления.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
