Молекулярная биология. Структура и функция белков - Степанов В.М.
ISBN 5-06-002573-Х
Скачать (прямая ссылка):
* ' -11.8 ОГРАНИЧЕННЫЙ ПРОТЕОЛИЗ
Ограниченный протеолиэ — Важнейшая реакция посттрансляцион-ной модификации белка. Обычный "неограниченный", глубокий про-теолиз — расщепление белка протеиназами — протекает по принципу "все или ничем". Компактный белок, как правило, относительно устойчив к действию протеиназ, поскольку в нем практически нет необходимых для связывания протеолитических фермейтов протяженных "открытых" участков полипептидной цепи- Поэтому атака на первых
276
порах ограничивается расщеплением отдельных петель, концевых участков белка. Если же протеолизу подвергается "внутренний" участок полипептидной цепи, ставший доступным, например, за счет частичной (и обратимой) денатурации белковой глобулы, то пространственная структура дестабилизируется, белок-субстрат необратимо дена-турирует и вся полипептидная цепь оказывается доступной протеоли-тической атаке. Результатом является глубокий гидролиз с образованием коротких фрагментов. При таком ходе протеолиза в гидролизате присутствуют исходный белок, количество которого постоянно уменьшается, и низкомолекулярные пептидные продукты гидролиза, содержание которых постоянно нарастает, промежуточные же продукты наблюдать не удается.
Ограниченный протеольэ, при котором процесс задерживается или полностью останавливается на промежуточных продуктах, возможен лишь тогда, когда продукты протеолиза сохраняют компактность, например при отщеплении фрагмента. какого-либо из концов пептидной цепи, разрыве петли на поверхности глобулы или при расщеплении пептидной цепи между достаточно стабильными доменами белка.
Ход ограниченного протеолиза, его результат решающим образом зависят от особенностей структуры белка-субстрата. Ввиду .этого нередко, одинаковые или очень близкие результаты дает применение различных протеиназ, место действия которых определяется особенностями пространственного строения субстрата. Если в разрешенном для атаки участке (шарнирный участок) последовательность аминокислотных остатков согласуется со специфичностью атакующей протеиназы, то эффективность процесса возрастает. Именно так обстоит дело при посттрансляционной модификации белков протеиназами.
Рассмотрим несколько типичных процессов ограниченного протеолиза.
в
11.8.1. Формирование белка неканонической структуры. *
Биосинтез инсулина
Инсулин, построенный из двух полипептидных цепей А и В, содержащих соответственно 21 и 30 аминокислотных остатков и соединенных между собой дисульфидными связями, слишком мал, чтобы сформировать стабильную глобулярную структуру с достаточной эффективностью. Действительно,, удается полупить инсулин рекомбинацией раздельно синтезированных А- и В-цепей, причем остатки цистеина, окисляясь, образуют свойственную нативному белку систему дисуль-фидных связей. Однако такой процесс происходит медленно и дает, как правило, невысокий выход инсулину.
•’ 277
Гораздо легче образует третичную структуру предшественник инсулина — проинсулин, в полипептидной цепи которого '’будущие" А- и В-цепи инсуцина соединены пептидом С в последовательности В—С—А^. Такой белок, содержащий в одной полипептидной цепи около 90 аминокислотный остатков, сворачивается в компактную структуру, далее следует замыкание дисульфидных мостиков, стабилизирующее молекулу в целом, после чего специальная протеиназа "вырезает" пептид С. Точки воздействия этой протеиназы предопределены двумя факторами — пространственной структурой проинсулина и присутствием в его полипептидной цепи двух ..сигналов — двух пар катионных аминокислот, расположенных в последовательности таким образом:
В-цепь—Arg—Arg—С-пептид—Lys—Arg—А-цепь
I * *
Процессирующая такой предшественник протеиназа узнает пары аминокислот с катионными боковыми группами типа Arg—Arg, Lys-Arg и т.п. и расщепляет пептидную связь на С-конце таких пар. В результате будет вырезан пептид С «месте с последовательностью Lys-Arg на С-конце и освободятся цепи А и. В, причем на С-конце цепи В окажутся два остатка аргинина, которые необходимо отщепить. Это выполняет специализированная металлокарбоксипептидаза с оптимумом действия в слабокислой среде. v ¦ 1
Заметим, что сочетание действия протеиназы, гидролизующей пептидные связи после пары катионных аминокислот (такие ферменты обнаружены у животных и дрожжей), и карбоксипептидазы, отщепляющей затем эти аминокислоты (по‘'специфичности фермент близок карбоксипептидазе В), используется в биосинтезе коротких пептидов, например энкефалина. Специфичность действия такой системы достаточно высока, и процессинг длинных предшественников происходит, видимо, еще до образования стабильной пространственной структуры. Так, пептидная цепь проопиомелацокортина, содержащая 235 аминокислотных остатков, расщепляется по такому способу в семи местах, образуя эндорфин, адренокортикОтропный гормон, а- и 7-меланоци-тостимулирующие гормоны и другие физиологически активные пептиды. . ‘
