Молекулярная биология. Структура и функция белков - Степанов В.М.
ISBN 5-06-002573-Х
Скачать (прямая ссылка):
ГЛАВА И
ПОСТТРАН ННАЯ МОДИФИКАЦИЯ БЕЛКА
253
например, реакции окисления, случайный протеолиз и некаталитическое дезамидирование белка, присоединение глюкозы к аминогруппам некоторых белков, в частности гемоглобина, при ее повышенном содержании в крови при диабете и т.п.
Реакции посттрансляционной модификации являются нематричными процессами, они не кодируются непосредственно, поэтому нередко протекают неполно, что приводит к образованию множественных форм того или иного белка — продуктов частичного превращения.
Каков функциональный смысл реакций посттрансляционной модификации? На этот вопрос в обобщенной форме можно дать следующий ответ. Во-первых, несмотря на удивительное богатство структур, образуемых аминокислотными остатками и их ансамблями в пространственной структуре белка, это многообразие далеко не безгранично. Разумеется, образование комплексов с кофакторами (металлами, кофермента-ми и т.п.) резко расширяет функциональные возможности белка. Однако и этот путь не всегда оказывается достаточным. В таких случаях структурная палитра белка может быть обогащена путем направленного преобразования боковых цепей тех или иных аминокислотных остатков, а иногда и молекулы в целом.
Во-вторых, что не менее важно, некоторые реакции посттрансляционной модификации, в особенности обратимые, позволяют управлять активностью белка или целых групп белков в ответ на изменяющиеся потребности клетки.
Заметим, что реакции посттрансляционной модификаций в отличие от предшествующих им стадий трансляции очень индивидуальны, иногда свойственны только одному белку — к таким относятся, например, гидроксилирование остатков йролина в коллагене, иодирование
тиреоглобулина и некоторые другие. Специфичность посттрансляцион-
1 \г •
ной модификации открывает перспективу избирательного воздействия на процессинг и, следовательно, функцию тех или иных белков.
Далее мы рассмотрим некоторые важнейшие реакции посттрансляционной модификации.
11.1. ВНУТРИМОЛЕКУЛЯРНЫЕ ПЕРЕГРУППИРОВКИ В БЕЛКАХ
Эта группа превращений стоит особняком, поскольку они не катализируются каким-либо ферментом, а являются результатом внутримолекулярной реакции, направляемой, по-видимому, специфической пространственной структурой белка-предшественника. Последнее обстоятельство сближает такие реакции с каталитическими, поэтому иногда их описывают как автокаталитические процессы, хотя аналогия
¦ ,1Г
254
не вполне справедлива, ибо в этом случае "активный центр" действует не многократно, как у ферментов, а только однажды.
Профермент гистидиндекарбоксилаэы молочнокислых бактерий Lactobacillus, а также Clostridium perfringens синтезируется в виде одной полипептидной тг-цепи с молекулярной массой 34 кДа. При внутримолекулярной активации она превращается в цепи а и /? с молекулярными массами соответственно 25 и 9 кДа. о^Цепь несет на амин-ном конце остаток пировиноградной кислоты, который выполняет в активном центре фермента роль своеобразного кофактора и взаимодействует с аминогруппой гистидина, подвергающегося декарбоксилиро-ванию. Этот пирувоильный остаток функционально аналогичен пири-доксальфосфату — типичному кофактору ферментов аминокислотного обмена. Заметим, что т-цепь и продукт ее расщепления, построенный из о- и /9-цепей, образуют гексамерную четвертичную структуру.
Особенно интересен путь расщепления т-цепи на а- и Д-цепи, не являющийся гидролитическим. В последовательности аминокислот, которая соединяет будущие а- и /9-цепь
«----------тг-Цепь--------->
... —Thi—Ala—Ser*“Ser—Phe—...
С-Конец /9-цепи —> 4— N-Конец а-цепи
по-видимому, под влиянием пространственно сближенных' функциональных групп прогистидиндекарбоксилазы происходит такая перегруппировка, в которой непосредственно участвуют соседствующие остатки серина. Сначала карбонильная группа предшествующего остатка серина переносится с аминной на гидроксильную группу следующего остатка:
N, 0—Перенос НО-СН2 _____ ~С0—О-СНг
ацильной ^ | * |
группы —СО-NH-СН—C0~Phe— H2N“СН—CtHPhe—
т .
Элиминируемый атом водорода
I г < ,
Это так называния NjO-ацилъная миграция. Затем ацильный компонент (/3-цепь) негидролитически элиминируется за счет отщепления анатома водорода остатка серина (/^-элиминирование), оставляя на амин-ном конце уже образовавшейся о-цепи весьма неустойчивый остаток дегидроаланина:
265
сн2
II
nh2-c—со-
Остаток дегидроаланина
Дегидроаланин, по-видимому, изомеризуется в иминоцроизводное пирувоильного остатка, которое затем реагирует с водой, отщепляя аммиак и превращаясь в пирувоильный остаток:
