Молекулярная биология. Структура и функция белков - Степанов В.М.
ISBN 5-06-002573-Х
Скачать (прямая ссылка):
284
Комплекс UI/ г Комплекс
О-белок-GDP + GTP *л--- » G-белок-СТР
L... -Pi t 1
Таким образом, от эффективности гидролиза GTP зависит продолжительность действия сигнала, 0-белок как бы содержит внутренний датчик времени, регулируемый за счет взаимодействия с GAP. Понятнд, что применительно к отдельно взятой молекуле можно говорить лишь о большей или Рис. 12.1. Строение с-H-rae белка р21 человека меньшей вероятнЬсти рас- (остатки 1-171)
щепления GTP за ОПреде- четыре а-спирали, /?<ггруктурные учктки
ленный промежуток вре- Д-/?в и петли L1-L8. Прямоугольником» пятиугсль-
мени. Однако, поскольку ником и двумя кружками показано положение связан-
в передаче сигнала в ного
конкретной биологической системе участвует множество таких молекул, гидролиз 6ТР как бы задает время действия G-белка, т.е. продолжительность сигнала.
Белок р21 содержит 189 аминокислотных остатков в одной пептидной цепи. Последняя образует шесть /^-структурных отрезков и четыре отпирали (рис. 12.1), причем для С-концевой половины белка характерна чередующаяся укладка элементов вторичной (структуры ft—ar-0—cr-p, напоминающая структурный мотив нуклеотидсвязы-вающего домена дегидрогеназ. Из десяти петель, соединяющих а-спи-ральные и /^-структурные участки, пять (LI, L2, L4, L9 и L10) образуют карман, в котором связываются GDP и GTP, причем с белком взаимодействуют и основание — гуанин, и рибоза, и фосфатные груцпы.
Петля L1, соединяющая N-концевой /^-структурный отрезок и первую af-спираль, содержит последовательность:
10 11 12 ' 13 14 15
Gly~*Ala—СИу-ЧИу-^Val—Gly
Она как бы "оседлывает" фосфоэфирную связь.между /9- й 7-фос-фатными группами субстрата, составляя, очевидно, часть ОТРазного каталитического центра. В вирусных белках, принадлежащих к тому же семейству и построенных таким же образом, концевой (7) фосфат GTP внутримолекулярно переносится на гидроксил остатка Thr-59, а не на воду (так называемое аутофосфорилирование). Следует подчеркнуть, что с каталитическим центром сближен участок связывания активирующего белка — GAP.
v 286
Ser-/7
О — P„— 0 —Рл—0 —К.*"
Фрагмент , ?ТР
Рис. 12.2. Изменения во взаимодействии между нуклеотидом и G-белком, сопровождающие гидролиз GTP до GDP.
Показаны только три- и дифосфатные фрагменты нуклеотидов. Молекула воды, которую активируют взаимодействия с остатками глутамина Gln-61 и его окружением, атакует связанную белком молекулу GTP, концевой 7-фосфатный остаток которой связан с NH-группами остатков треонина Thr-Зб в петле L2 и глицина Gly-60 в петле L4. Отщепление концевого 7-фосфатного остатка приводит к образованию GDP. h результате Thr-ЗБ и Gly-60, а следовательно петли L2 и L4, утрачивают непосредственный контакт с лигандом - молекулой GDP. Это вызывает изменение конформации петель, неблагоприятное для взаимодействия G-белка с белком, который участвует в передаче сигнала
В гидролизе гуанозинтрифосфата участвует молекула воды, которая образует водородную связь с карбонильной группой Thr-35 и активируется за счет взаимодействия с другими функциональными группами каталитического центра. Однако в свободном G-белке эти участки активного центра существуют в виде нескольких Конформеров, из которых способен активировать указанную молекулу воды лишь один, чём и объясняется весьма низкая эффективность катализа. По-видимому, в комплексе ras-белка с активирующим белком (GAP) закрепляется имецно эта конформация, что и влечет за собой резкое ускорение гидролиза GTP.
Гидролиз GTP., связанного в активном центре G-белка, приводит к локальным изменениям структуры в районе контакта с 0- и 7-фосфат-ными группами. GTP (рис. 12.2). Видимо, за откреплением 7ч}юсфатной 286
группы GTP следует приближение подвижных элементов белковой структуры к /?-фосфвту GDP, как бы заполнение образовавшегося "зазора". Заметно изменяется, в частности, укладка петель L2 (остатки 26—36) и L4' (остатки 59—65), <а также способ связывания иона магния, взаимодействующего с активным центром белка р21 и GTP или GDP. Поскольку эти же петли обеспечивают взаимодействие с активирующим белком GAP, такой конформационный переход нарушает контакт р21 — GAP, прерывая тем самым передачу сигнала.
С-концевой фрагмент с-Н-гas-белка, взаимодействующий, как предполагают, с рецептором, находящимся в мембране, соединен с описанным выше "каталитическим" доменом длинной депицалью, которая, видимо, участвует в передаче сигнала. У всех белков семейства ras на карбоксильном конце содержится характерная последовательность СААХ (где С — цистеин, А — алифатическая аминокислота), которая является сигналом для пренилирования тиоловой группы Сув-186 с последующим отщеплением С-концевого трипептида. Такая посттранс-ляционная гидрофобизация С-конца ras-белка (см. гл. 11) необходима для его присоединения к цитоплазматической стороне клеточной мембраны. ras-Белки, лишенные этой структуры, трансформирующим действием на клетки не обладают, хотя и сохраняют способность связывать и гидролизовать GTP. '
