Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.2. Пространственное строение белка (947295), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Поэтому для них, помимо исключительной специфичности и высокой активности, характерна удаленность действия от мест синтеза, В организме, кроме гормонов, есть и другие сигнальные медиаторы, которые секретируются не в кровь, а во внеклеточную периплазматическую жидкость и оказывают влияние на состояние только ближайших клеток. Важным семейством таких локальных химических меднаторов, источником которых являются клетки многих типов, служат простагландины — производные жирных кислот с 20 атомами углерода в цепи. Они связываются с большим числом рецепторов клеточной поверхности и вызывают сокращение гладких мышц, снижают способность тромбоцитов к агрегацни, активизируют центральную нервную систему, действуют на воспалительные процессы и высвобождают ренин 1258). Недавно было установлено, что простагландины играют также важную роль в патофизиологии рака и при сердечно-сосудистых заболеваниях [259, 260).
В отличие от большинства сигнальных молекул они не накапливаются в клетках, а непрерывно синтезируются в мембранах из предшественников и сразу же освобождаются во внеклеточное пространство, где в течение короткого времени (от долей секунды до двух минут) разрушаются. Уменьшение локальной концентрации простагландинов вне клеток активирует работу синтезирующих их ферментов, что по механизму обратной связи оказывает воздействие на состояние клеток, выделяющих простагландины, и на их ближайших соседей. Кристаллографическая структура молекулы первого мембранного фермента, простагландин-Нз-синтазы (РОН8), была впервые установлена в 1994 г. Д, Пико и соавт.
1261). Белок катализирует два процесса на первой стадии биосинтеза простагландинов. Он инициирует и активирует цнклооксидазную реакцию, по ходу которой арахидоновая кислота превращается в простагландин РООь н последующую пероксидазную реакцию, при которой Рббг переходит в РОНь быстро трансформнрукзщийся в один из простаноидов. РОНЯ вЂ” интегральный мембранный белок, локализованный преимущественно в эндоплазматическом ретикулуме. Его освобождение от мембраны проводится экстракцией солевым раствором и солюбилизацией неионным детергентом, в присутствии которого осуществляется также кристаллизация. В полученном образце белковые молекулы ассоциированы с флурбипрофеном, нестероидным противовоспалительным препаратом, и образуют димерные комплексы с осью симметрии второго порядка.
В клетках обнаружены два изомера простагланднн-Нз-синтазы, РОН8-1 и РОН$-2, которые отличаются своей активностью и тканевым распределением. В работе 1261) с разрешением 3,5 А идентвфицирована трехмерная структура РОНЗ-1 овцы — гликозилированного белка с молекулярной массой -70 кДа и 587 аминокислотными остатками. Он участвует в системе межклеточных взаимодействий, способствуя поддержанию тканевого гомеостаза. Что касается функции РОН5-2, то предполагается, что фермент ответственен за биосинтез простагландинов при делении клеток н воспалительных процессах.
Пространственная структура молекулы РОН8-1 состоит из трех достаточно автономных и, по-видимому, независимо свертывающихся субъединиц: малого )к)-концевого домена, мембраносвязахного участка цепи и ферментного домена. Первый Н-концевой домен образован участком полипептидной цепи 33-72 (остатки 1-24 являются отщепляемой сигнальной последовательностью и не входят в зрелый фермент; остатки 25 — 32 не могли быть интерпретированы по полученным картам электронной плотности). Его конформацня, стабилизированная тремя внутридоменными дисульфидными связями, близка структуре эпидермального фактора роста (ЕОР).
Полипептидные модули, подобные ЕОР, найдены во многих внеклеточных белках — факторах свертывания крови, стимулирующих рост нейронов, а глюке в белках поверхностных клеток, необходимых для их выживания и пролнферации. Функция ЕОР-подобного домена молекулы РОНЯ-1 неизвестна. Второй домен, включающий остатки 73 — 116, состоит вз четырех а- спиралей, ориентированных вдоль одной стороны мономера. Его конформация, высокая амфипатичность н профиль гидрофобной поверхности свидетельствуют о возможной интеграции фермента только в один липидный слой, и поэтому данный мембранный белок, согласно классификации Г.
Блобеля, является монотонным (262). Третий, самый большой каталитический домен молекулы РОНЯ-1 (остатки 117-587) обладает глобулярной структурой, состоящей из двух закрученных друг относительно друга и тем не менее четко различаемых лепестков. Один из них, наиболее крупнын, имеет "Ч"-образную форму, построенную из двух а-спнралей, скрепленных, подобно лапкам пинцета, промежуточной третьей спиралью. Эта конструкция служит каркасом, вокруг которого упакованы еще четыре а-спирали и соединяющие их петли. Малый лепесток каталитического домена представляет собой пакет из шести приблизительно параллельных спиралей.
Белок РОН8-1, бифуикцнональный фермент, располагает двумя активными центрамн; пероксидазным и циклооксидазным. Первый находится на поверхности узкой щели между большим и малым лепестками каталитического домена н содержит простетическую группу высокоспиновый Ре(!11)-протопорфирнн!Х, прокснмальная поверхность которого обращена к малому лепестку. Пероксидазная активность сводится к восстановлению синтезированного в циклооксидазном центре РООз и активации циклооксидазной реакции. Такой механизм типичен 3. Проблема белка, т. 2 65 для гсмзависимых пероксидаз, восстанавливающих гидропероксидазные субстраты путем реакции двухэлектронного переноса, приводящего к образованию оксоферрилпорфин-катионрадикала.
Окисленный гем возвращается в свое первоначальное состояние при двух последовательных одноэлектропных переходах к восстанавливающимся субстратам или благодаря переходу кислорода к арилсульфидным соединениям. Молекулы РОН8-1 преимущественно восстанавливают РООз и другие длинноцевочсчные жирные кислоты, а также алифатические гидропероксидазы. Циклооксидазный активный центр представляет собой длинный узкий канал (8 х 25 А), идущий от внешней поверхности мембраносвязанного домена через его спирали к центру мономерной молекулы РОНЯ-1. Наблюдаемая нечеткая дифракционная картина рассеяния рентгеновских лучей кристаллами, выращенными пока что только для единственного фермент-ингибиторного комплекса, не позволила авторам предложить на основе полученных ими данных механизм каталитической реакции, протекающей в циклооксидазном центре [2611. Завершая краткое рассмотрение результатов рентгеноструктурного анализа простагландин-Нз-синтазы, следует отметить, что значение этой работы, как первого исследования трехмерной структуры мембранного фермента, заключается не только в самих экспериментальных фактах, впервые ставших известными, ценность их очевидна.
Не меньшее ее значение связано с влиянием полученных данных на постановку вопросов, на качественно ином, более высоком уровне. Поиски решений таких важных вопросов как встраивание ферментов в мембраны, функции ЕОР-подобного модуля, конформационные и химические аспекты каталитических актов, совершаемых в циклооксидазных и пероксидазных активных центрах и ряда других, представляющих общий интерес, теперь могут опираться на хотя и не в полной мере достаточные, но конкретные количественные структурные данные.
3.2. БЕЛКИ ИММУННОИ СИСТЕМЫ Несмотря на то, что белки клеточной иммунной системы являются мембранными белками, тем не менее, принимая во внимание их функциональные особенности, целесообразно рассмотреть последние достижения рентгеноструктурного анализа в изучении их пространственного строения в отдельном разделе.
В 1960-х годах было установлено, что два основных типа иммунных реакций осуществляются различными видами лимфоцитов, Т и В. Ответственные за клеточный иммунитет Т-лимфоциты размножаются в тимусе, центральной лимфоидной ткани. В-лимфоциты, вырабатывающие антитела и ответственные за гуморальный ответ, образуются у млекопитающих из стволовых клеток кроветворной ткани, а у птиц — в фабрициевой сумке. Далее они мигрируют с током крови в периферические лимфоидиые ткани, где н становятся Т- и В-лимфоцитами. Иммунный ответ клеточного типа означает пролиферацию специа- лизированных клеток, реагирующих на чужеродные антигены, которые разрушаются или непосредственно на поверхности образовавшихся клеток, или с помощью других клеток, таких как макрофаги.
Гуморальный ответ заключается в активации синтеза антител, циркулирующих в жидких средах организма и специфически взаимодействующих с чужеродными молекулами. Связывание антитела с антигеном облегчает поглощение последнего фагоцитами и часто активирует особую систему белков крови, систему комплемента, которая способствует разрушению антигена ~263, 2641. Среди мйожества проблем иммунологии, одну из них, если иметь в виду прежде всего чисто познавательный аспект этой области биологических знаний, следует отнести к самой фундаментальной, поскольку во многом она определяет возможность решения остальных. Эта проблема связана с изучением на атомно-молекулярном уровне механизмов узнавания и ответных реакций иммунной системы на появление в организме инфекционных антигенов — чужеродных белков, вирусов, бактерий, патогенных веществ.
Важный шаг в познании принципов функционирования иммунной системы был сделан в 1959 г. Ф. Бернетом, разработавшим так называемую теорию клональной селекции, которая и по сей день пользуется всеобщим признанием [265~. Первоначально теория имела сугубо гипотетический характер. Однако заложенные в ней идеи оказались плодотворными и она вскоре смогла стать для экспериментальных исследований не только системой основополагающих научных принципов, но и конкретной программой поиска. В настоящее время эта программа выполнена и сегодня теория клональной селекции представляет собой скорее констатацию надежно установленных фактов, чем концептуальную основу дальнейшего развития иммунологии ~2661.
Специфичность антигенной реакции лнмфоцитов, согласно теории Бернета, обусловлена наличием на поверхности Т- и В-клеток рецепторных белков, избирательно взаимодействующих с определенными антигенами. Связывание с ними рецепторов активирует клетку и вызывает ее эффективное размножение. Таким образом стимулируется пролиферация лимфоцитов, содержащих на своих поверхностях именно те рецепторы, которые, с одной стоРоны, комплементарны чужеродному антигену, а с другой — могут адекватно сигнализировать клетке о необходимости антиген-специфичного ответа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
