Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.2. Пространственное строение белка (947295), страница 78
Текст из файла (страница 78)
В самой общей, краткой и подкупающе выразительной форме она отражает господствующее, едва ли не единственное, мнение о принципах пространственного строения белковых молекул, их иерархической (пирамидальной) структурной организации н даже механизма сборки натнвной конформации из развернутой аминокислотной последовательности (рис. 11.4). Считается, что схема уровней структурной организации белков Шульца и Шнрмера обобщает накопленный экспериментальный материал и отвечает современному уровню наших знаний о белке.
Упрощенность этой схемы авторы видят только "...в предположении. Зв2 с равным успехом при параллельном и антипараллельном направлениях аминокислотных последовательностей. Выбор в каждом случае диктуется наилучшими условиями упаковки боковых цепей в местах контактов спиралей. Супервторичные структуры могут быть построены не только из а-спиралей, но и включать В-структуры, В общем случае состав супервторичных структур описывается звеньями (аа), (а(3), ((3а), ()3)3), ((Зс)3) и нх комбинациями. Звено (Щ) состоит из двух (3-складчатых листов (с параллельным и антипараллельным направлением двух 8-тяжей в каждом (3-листе) и со пенения с, которое может быть также р-складчатым листом((30(3), являться а-спнралью (дар) или не иметь Р и с. 0.5.
Супервторичные ))-структуры, образующие звено ЯД а — 1бсб) — нсрегулнрныс сочленения паралвельиык а-склаячатгак листов, образующая левую скрученную б.суггерсгруктуру; б — араб) — так нагываеман укладка цепи по Рщкману; в — (Щф) — бизгиб, янляющийся антипараллельнай трекцепочсчной б-супервторичной структурой 11571 регулярной формы рс(3. Отмеченные трн последних случая показаны на рис.
П.5. Определение супервторичных структур по порядку чередования в амннокислотной последовательности вторичных, регулярных форм, их взаимному направлению и хиральности, т.е. правой или левой закрутке, получило название топологии полипептидной цепи [157]. Как отметили Неметн и Шерага, такая трактовка топологии не строго соответствует математическому определению этого термина [138.
С. 258]. Тем не менее он получил уже широкое распространение. Введение Г. Шульцем и Р. Ширмером понятия топологии полипептидной цепи и разработанный С. Рао и М. Россманном [217] метод упрощенного представления пространственного строения белковых молекул сделали возможным сопоставление структур белков между собой (содержащих вторичные и супервторичные сегменты), их анализ и выявление общих черт и особенностей. До этого могли сравниваться отдельные участки белковых цепей, как правило, регулярных, илн полные структуры, но только родственных белков. Новые методологические элементы были использованы М. Стерн- бергом и Дж. Торнтоном [140 — 145), К.
Нагано [136, 137] и другими для идентификации в белках топологического звена баб, определения 304 хиральности у параллельных (3-складчатых листов и решения других подобных задач. Заметным событием в развитии эмпирического подхода явилось появление в 1976 г. работы М. Левитта и С.
Чотиа (218). Авторы использовали простые двумерные представления известных крнсталлографических структур 31 белка для анализа характерных особенностей структурной организации содержащихся а-спиралей и 8-складчатых листов. В соответствии с формой регулярных структур и характером их распределения вдоль аминокислотной последовательности выбранные белки были разбиты на четыре группы (а), ((3), (а + (3) и (а(р) (рис.
11.6). К группе (а) отнесены белки, трехмерные структуры которых содержат только а-спирали, причем в них входит не менее 60% остатков (миогаемеритрин, миоген, миоглобин). Белки группы ((3) состоят главным образом из (3-складчатых листов. Здесь требование к частоте содержания вторичной структуры не столь строго, допускается наличие единичных а-спиралей и меньшее содержание (3-структур. В эту группу включены проальбумин, конканавалин А, химотрипсин и др.
Белки группы (а + р) имеют в нативных конформациях а-спиральные и р-структурные сегменты, которые не взаимодействуют между собой и, как правило, удалены друг от друга в последовательности (цитохром Ьз, лизоцим, папани и др.). Группу (а/(3) составляют белки, а-спирали и б-складчатые листы которых смешаны или альтернируют вдоль цепи (субтилизин, карбоксипептидаза, лактатдегидрогеназа и др.). В конформациях глобулярных белков в принципе возможна реализация 12 видов супервторичных структур, составленных путем двойных и тройных комбинаций а-спиралей и (3-структур.
М. Левитт и С. Чотиа в выбранных белках обнаружили лишь пять из них: (аа), (ВД), (ро), ((3(3(3) и (ра(3). Это отнесение условно, поскольку авторы не учли разделяющие вторичные структуры, неупорядоченные участки, которые часто состоят из нескольких десятков остатков, т.е. значительно превосходят по размеру регулярные участки и в выделенных фрагментах являются не промежуточными вспомогательными группировками, а скорее основными.
Супервторичные структуры, обнаруженные в анализируемых белках, распределяются следующим образом: (аа) — 27, (рр) — 34, (ра) — 19, (р(3р) — 14 и (ВаД) — 12. Из общего количества вторичных структур (361), содержащихся в рассматриваемых белках, 238 (66%) входят в состав одной из перечисленных супервторичных структур. Следовательно, даже в специально отобранных белках с наивысшим содержанием остатков в регулярных сегментах третья часть всех а- спиралей и(3-структур предпочитает взаимодействовать в нативных конформациях не друг с другом (т.е. не образовывать супервторичные структуры), а с нерегулярными участками цепи. Если же учесть, что в выбранных белках содержание а-спиралей и)3-структур составляет 60%, т.е. в два раза превосходит среднестатистический уровень, то полученное Левиттом н Чотиа соотношение между содержаниями супервторичных структур (66%) и "изолированных" вторичных структур (34%) свидетельствует о случайности образования первых.
На статистический характер происхождения супервторичных структур указывает также отношение количества двойных комбинаций (аа), (рб), и (ра) 305 йЫ й РВН Группа (а+ й) РАР Свб С2М ГРуппа (о4)) СРА 80В СОН Р и с. П.б. Топологические диаграммы трехмерных структур белков четырех групп н; МНН вЂ” миогасмернтрин, МОН вЂ” многсн, МВХ вЂ” миоглобин; га)з РВИ вЂ” преалабумин. СОН— конканааалин А, Сит — химотрнлснн; (а+бв Свб — ннтохром ЬЬ 3.ХМ вЂ” лизоним, РАР— лаваин; газ))х ВН — субтнлнзнн, СРА — «арбе«синс«тигыа, СОН вЂ” лактатаегилрогеназа )Ма) (80) к количеству тройных комбинаций (р)зр) и зра))) (28).
Таким образом, в натнвных конформациях глобулярных белков супервторичные структуры не обладают предпочтительностью перед структурами, состоягпими нз единичных а-спиралей (или ))-складчатых листов) и нерегулярных участков последовательности. Классификация белков по форме и распределеникз регулярных 8«06 структур лишена общности, поскольку касается не всех белков, а только тех, трехмерные структуры которых хоть как-то можно представить в виде набора вторичных структур.
Таких белков, как известно, немного. Классификация белков в соответствии с упрощенным представлением нх пространственных структур не обоснована с физической точки зрения, в ее основу положены чисто внешние, схематизированные морфологические признаки. Отсутствуют также серьезные основания считать а-спирали и б-складчатые листы единственными жесткими образованнямн нативных конформаций белков. Но даже если не выходить за узкие рамки белков с высоким а-спиральным и б-структурным содержанием, то и в этом случае разделение белков на четыре группы представляется условным и вряд ли целесообразным.
Лишь первые две группы (а и р) определены достаточно однозначно. Белков, состоящих только из а-спиралей или [)-структур, мало, Для отнесения белков к группам (а + р) н (адз) объективных количественных критериев вообще нет и граница между ними по существу отсутствует. Из рис. П.б видно, что в группу (а + Б) входят белки, содержащие признаки (а10). и наоборот. О неоднозначности деления свидетельствует, например, тот факт, что Левитт и Чотиа относят лактатдегидрогеназу к группе (аф), а Шульц и Ширмер [157] — к двум группам: С-конец — к (а+ б), а Х-конец — (ай)). Первые помещают инсулин и папани в группу (а + [1), а вторые — инсулин в группу (а), а папани — в (а) и ([з).
Частично недоразумения связаны с тем обстоятельством, что Левитт и Чотиа классифицируют по группам целые белковые молекулы, а Шульц и Ширмер — так называемые структурные домены, о которых они сами же пишут, что "...определение домена весьма нестрого и здесь может возникнуть много спорных ситуаций" [157. С.
103]. 9.2.ДОМЕНЫ Представление о пространственной огранизации белковой цепи не только в виде цельной компактной глобулы, но н в форме нескольких слабо связанных между собой глобулярных областей неоднократно высказывалось рядом авторов при анализе кристаллографических структур отдельных белков. Впервые это было сделано Д. Филлипсом в 1966 г. при описании структуры лизоцима в виде нескольких '*компактных глобулярных блоков" 1219]. Подобные, но более обособленные друг от друга структурные образования были отмечены у иммуноглобулинов Б. Каннингхэмом и сотр. в 1971 г.
[220]. Для характеристики трехмерных структур белков этой группы ими была сформулирована гипотеза доменов в предположении о независимости генетического контроля каждой структурно автономной области. Вне связи с нммуноглобулннами доменная организация трехмерной структуры была отмечена в 1972 г. Дж. Бирктофтом н Д. Блоу у а-химотрипсина [221]. Натнвная конформацня этого белка включает два домена, каждый из которых, по мнению некоторых авторов, имеет цилиндрическую форму, образованную шестицепочечной антипараллельной 8-структурой. Такой же топологией обладают трехмерные структуры эластазы и трипсина, а также структуры аспартатных протенназ (пепсииа, ризопуспепсина, эндотиопепсина и др.). Четко делится на две части также нативная конформация папаина [222 — 224).
Однако здесь домены имеют разную структуру; один содержит только а-спиралн, а другой— преимущественно [3-структурьь На самом деле в доменизации папаина вторичные структуры скорее всего не играют существенной роли, поскольку содержание а-спнралей (очень неправильных) в белке не превышает 20%, а В-структур — немногим более 10%. К. Анфинсен обнаружил существование двух доменов у стафилококковой нуклеазы [225). Они обладают повышенной стабильностью, проявляющейся в болыпей денатурациониой устойчивости.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
