Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.2. Пространственное строение белка (947295), страница 30
Текст из файла (страница 30)
1.29). Общепринятой стала точка зрения, что возникновение по ходу эволюции новых сложных белков происходит путем слияния предсуществующих (431, 432]. При этом трехмерная структура мультидоменного белка представляется ансамблем в значительной мере независимых глобулярных домснов, ранее существовавших как индивидуальные белки, а аминокислотная последовательность — набором полипептидных цепей доменов, в которых С-конец предшествующего соединен с (ь(- концом последующего. Такому способу образования сложных белков никак не соответствует структурная организация ДНК-топоизомеразы, ход полипептидной цепи которой нельзя представить в виде последовательного и независимого образования доменов. Сборка аминокислотной последовательности фрагмента 67, повидимому, начинается с Х-концевого домена 1, состоящего из непрерывного полипептидного участка (рис.
1.30). Затем, вместо того, чтобы сразу направиться к домену 11, цепь следует к домену 1Ч и только потом идет к П, завершив, однако, образование 1Ч лишь на одну треть. Далее, поучаствовав и здесь в построении только одной половины домена 11, цепь переходит к домену П1. По завершении его организации она вновь возвращается сначала к домену 11, а затем к 1Ч, заканчивая их построение. При описанном ходе аминокислотной последовательности все взаимодействия домена 1Д с доменами 1 и 1Ч ограничены невалентными контактами (рис.
1.28, 1.30). Ковалентно связанные между собой домены 11, П1, полипептндная цепь которых не переплетается с цепью других доменов, могут перемещаться как твердое тело относительно остальной части белка. Такая структурная организация молекулы фермента с двумя формами тора (открытой и закрытой) имеет, по мнению авторов, решающее значение для реализации функции ДНК-топоизомеразы типа 1, так как перемещение доменов П н 111 открывает доступ к активному центру как одноцепочечной, так и двухцепочечной ДНК (426 ~. Предположение о необходимости значительных конформациониых изменений молекулы ДНК-топоизомеразы в процессе образования невалснтного комплекса Михаэлиса подтверждается и рядом других, не менее убедительных структурных особенностей фермента, 115 Р и с.
1.23. Ленточная диаграмма трехмерной структуры р1-концевогофрагмента ДНК-топоиэомеразы типа 1 [4261 Домен И Пунктиром отмечены вода- родные сввзн 14261 Домен! Домен ! Домен !!! 116 Р и с. !.29. Активиьэй центр ДНК-топонэомеразы типа 1, образованный доменами 1 и Ш П1 Р и с. !.30. Ход полипептидиоп цели 1Ч-концевого фрагмента ДНК-топоизомеразы типа 1 и с П 1У с и Одна из них касается каталитически наиболее важного остатка Туг- 319. Он принадлежит домену 1Л и расположен рядом с субстрат- связывающей цепью.
В нативном ферменте Туг-319 помещается в узкой расщелине между доменами 1, Л1 и экранирован от контактов с внешней средой белковой цепью Агу-321, образующей солевой мостик одновременно с боковыми цепями Азр-113 и О1п-115. Переход от закрытой формы молекулы к открытой не только делает возможным проникновение ДЕ1К во внутреннюю часть тора, но и выводит остаток Туг-319 на поверхность, предоставляя ему условия для сближения с нуклеотидной цепью субстрата и атаки на фосфодиэфирную связь.
Перемещение доменов Л, Л1 как целое стимулируется невалентными взаимодействиями белок-ДНК, поскольку такой кофактор, как АТР, в данном случае отсутствует. Это обстоятельство отличает ДНК- топоизомеразы типа 1 от типа Л, катализ которых также связан с конформацнонными изменениями, требующими, однако, участия АТР.
В работе, посвященной трехмерной структуре 1з1-концевого фрагмента ДНК-топоизомеразы 1, авторы большое внимание уделяют описанию многих деталей механизма каталитического акта 14261. Однако этот материал, как и в других подобных исследованиях, имеет феноменологический характер 1433]. Значение данных рентгеноструктурного анализа ферментов, очевидно, не в том, чтобы подстраивать под них существующие умозрительные схемы катализа или придумывать новые. Они ценны своей научной потенцией, возможностью использования в качестве уникальной экспериментальной основы априорного подхода к количественному описанию каталитического акта как спонтанно протекающего процесса 14341.
Структура р-галактозидазы. Включить данный фермент в раздел, посвященный ДНК-связывающим белкам, но не принадлежащий, строго говоря, к таковым, побудили следующие два обстоятельства: 117 во-первых, структурная организация молекулы р-галактозидазы, которую оказалось интересным сопоставить с только что рассмотренной организацией ДНК-топоизомеразы; во-вторых, участие фермента в регуляции транскрипционной активности ДНК, проявляющейся в его влиянии на эффективность считывания в процессе транскрипции целого кластера генов (включая собственный), ответственных за метаболизм лактозы, ф-Галактозидаза сыграла историческую роль в развитии молекулярной биологии, конкретно — представлении об общих молекулярных основах регуляции действия генов.
Она явилась именно тем ферментом, изучение биосинтеза которого на уровне транскрипции у бактерий позволило А. Львову, Ф. Жакобу и Ж. Моно в начале 1960-х годов разработать теорию переноса генетической информации н регуляции синтеза белка (концепция оперона). Согласно концепции Львова, Жакоба и Моно, в каждый оперон входят ген-регулятор, промотор, оператор и структурные гены определенных белков (цистроны), с которых транскрибируется соотвстствуюгцая пРНК (полицистронная РНК) и за работу которых ответственны три предшествующих регуляторных участка двойной спирали ДНК.
Первые исследования механизма генетического контроля были посвящены синтезу р-галактозидазы, осуществляющей гидролнз дисахарида лактозы до моносахаридов глюкозы и галактозы в клетке Е. сой. Опыты привели к открытию белка-репрессора лактозного оперона, вклнзчаюгцего транскрипцию структурных генов (в данном случае, гена ~)-галактозидазы, а также пермеазы н галактозид-трансацетилазы). Это достигается путем связывания репрессора с опера. торным участком ДНК длиной в 21 нуклеотид, перекрывающимся с последовательностью промотора. В результате блокируется доступ РНК-полимеразы к ее участку связывания и транскрипция цистронов делается невозможной. Для индукции и репрессии синтеза белка, т.е. изменения скорости процесса в противоположных направлениях, необходимо наличие в модели регуляторного механизма еще одного элемента индуктора, который должен, с одной стороны, контролировать действия белка-репрсссора лактозного оперона, а с другой— быть связанным прямо нли косвенно с функцией синтезируемого фермента.
Такой индуктор действительно был обнаружен, и им оказался субстрат 9-галактозидазы лактоза, точнее, аллолактоза, близкая по строению н образующаяся в присутствии лактозы. р.Галактозидаза является нндуцибельным ферментом, скорость синтеза которого зависит от состава и условий среды, в частности концентрации лактозы. Количество фермента резко возрастает с ростом концентрации субстрата, так что связь нндуктора с ~)-галактозидазой очевидна. Воздействие лактозы через аллолактозу на репрессор имеет аллостерический характер.
Когда внутриклеточное содержание лактозы начинает превышать норму, увеличивается концентрация аллолактозы, которая индуцирует конформационные изменения в молекуле репрессора. Его связь с ДНК ослабляется и он освобождает промотор и тем самым дает возможность РНК-полимеразе транскрнбировать гены 1)-галактозндазы. Наступает дерепрессия гена, образуется пРНК и 11Х начинается синтез фермента, который необходим только тогда, когда в клетке присутствует лактоза, Трехмерная структура [3-галактозидазы Е.
со11 с разрешением 2,5 А была недавно исследована Р. Джекобсоном и соавт. [435]. Рентгеноструктурный анализ показал, что аминокислотная последовательность белка из 1023 остатков имеет [9-концевой а-пептидный участок 1 — 51 вытянутой формы и пять структурно автономных доменов: 51-217 (1), 220-334 (11), 334-627 (!11), 627-736 (1Ч) и 736-1023 (Ч). В отличие от ДНК-топоизомеразы типа 1, где полипептидная цепь переходит от одного незавершенного домена к другому и, не закончив его построения, направляется к третьему и т.д.
(рис. 1.30), у]3-галактозидазы цепь проходит от М-конца молекулы к ее С-концу через все домены строго последовательно. Тем самым облегчается сборка длинной полипептидной цепи белка, поскольку при модульной структурной организации нативного фермента каждый домен может действовать как независимая свертывающаяся субъединица. Ферментативную активность проявляет четвертичная структура б-галактозидазы в виде гомотетрамерного невалентного комплекса молекулярной массы 465,412 кДа. Кристаллографический анализ показал, что он принадлежит к точечной группе симметрии 222.
Четыре тетрамера составляют асимметричную элементарную ячейку пространственной группы Р2~ с параметрами а = 107,9 А, Ь = 207,5 А, с = 509,9 А и]3 = 94,7'. На сегодняшний день из всех идентифицированных на атомном уровне трехмерных структур белков структура молекулы б-галактозидазы обладает самой длинной полипептидной цепью. Работа Джекобсона и соавт. [435] впервые продемонстрировала возможность исследования невирусных кристаллов белка с размерами элементарной ячейки, превышающими 500 А, и относительной молекулярной массой - 2000 кДа на асимметрическую единицу. Ранее было показано, что остатки О!п-461, Мем502, Туг-503 и О1п-537 должны играть важную роль или непосредственно в самой каталитической реакции, или в построении активного центра [436, 437]. Действительно, в найденной пространственной структуре фермента они оказались сближенными друг с другом и расположенными около глубокой ямы, по-видимому, представляющей собой субстратсвязывающий карман. Формирующие его остатки, как и четыре отмеченные выше остатка, относятся к высококонсервативным.
3.5. БЕЛКИ СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ К одному из самых удивительных свойств белков, не проявляющихся у других соединений, относится их способность к макроскопическому, т.е. значительно превышающему размеры собственных молекул, перемещению. Оно обусловлено наличием у ряда белков, получивших название аллостерических, нескольких энергетически наиболее предпочтительных и легко переходящих друг в друга конформаций, чувствительных к изменению внешней среды и избирательно Н9 рн с. !.3!. Схема строения саркомсры (ноясненне а тексте) 1-диск А-диск 1-диск 7-диск Тонкий филамент Е-диск Толстый филамент 120 взаимодействуюв[!их с другими молекулами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
