Молекулярная биология. Структура и функция белков - Степанов В.М.
ISBN 5-06-002573-Х
Скачать (прямая ссылка):
В то же время многие элементы структуры белков, содержащие
114
Номер аминокислотного остатка
Рис. 6.3. Динамика пептидного скелета в глутатионре-дуктазе
Фактор характеризует (в первом приближении) подвижность аминокислотных остатков (их номера нанесены на оси абсцисс). Первые 17 аминокислот вообще не фиксированы. Пики соответствуют участкам с высокой подвижностью, минимумы - остаткам, вовлеченным в каталитический механизм и потому менее подвижным, в частности Glu-47,
Cys-58, Cys-63, Lys-66, Туг-197, Glu-201, Val-370, His-467
компоненты каталитического центра или иные функционально важные остатки, нередко оказываются менее подвижными, чем наружные петли. Этим, видимо, обеспечивается точность их взаимодействия с субстратами и другими лигандами, что, конечно, не отрицает возможности перемещений с небольшой амплитудой (рис. 6.3).
Разумеется, известны и гораздо более значительные изменения пространственной структуры белка, индуцируемые теми или иными факторами конформационные перестройки, которым принадлежит немалая роль в функционировании белковых молекул. Однако следует учитывать и описанную выше "микроскопическую" динамику пространственной структуры белка. Так, проникновение молекулы кислорода к месту его связывания гемом в миоглобине не могло бы произойти за разумные времена, поскольку доступ к этой точке белка закрыт боковыми цепями аминокислот. Лишь их флуктуации позволяют кислороду проникать внутрь миоглобина и выходить наружу, видимо, за счет механизма, близкого к диффузионному (см. гл. 8). Более того, атомные флуктуации могут выполнять роль своего рода "смазки" при перемещениях крупных участков структуры, препятствуя их изалипанию", а также помогать "причаливанию", взаимной подгонке поверхностей белковых глобул при образовании ими четвертичной структуры, формировании комплексов ферментов с субстратами и ингибиторами.
115
В табл. 6.3 обобщены данные о динамике, свойственной молекуле белка.
Таблица 6.3. Основные типы движений в белковой молекуле
Тип движения Амплитуда, А • Время, с
Атомные флуктуации (несогласо 0,01 - 1 10‘15 -10‘11
ванные перемещения отдельных ато
мов, например повороты на 20 - 60°
вокруг простых связей пептидного
скелета и боковых групп) >
Коллективные (согласованные) пе 0,01 - 5 10'12 - 10'3
ремещения групп атомов (от несколь
ких до сотен)
Индуцированные внешними факто 0,5 - 10 со
рами (например, связыванием субст 0
рата) изменения конформации т---Н
1
о>
1
о
Заметим, что источником первых двух типов движений могут быть тепловые колебания, тогда как движения третьего типа — крупные перестройки, — как правило, происходят за счет энергии взаимодействия белка с теми или иными лигандами. Необходимо подчеркнуть, что динамика структуры белка не только отражает физические особенности его организации, но и играет большую роль в его функционировании.
Для изучения динамических возможностей, заложенных в молекулах белка и их отдельных участках, прибегают к методу молекулярно-динамического моделирования. Используя распределение атомов в пространстве, полученное методом ренттеноструктурного анализа приписывают атомам небольшие значения скоростей, распределенные случайным образом, и рассчитывают положение атомов и скорости, которые они приобретут через очень короткий интервал времени — порядка 10"15 с. При этом учитывают взаимодействия каждого атома с его соседями, используя мощные ЭВМ. Далее переходят к следующему интервалу времени и т.д. Затем изменяют набор скоростей, как бы переходя к более высокой температуре, тогда как начальное распределение скоростей выбиралось близким тому, которое отвечало бы абсолютному нулю. Постепенное приближение к распределению скоростей свойственному температуре его реального функционирования, позволяет судить о динамических возможностях структуры в целом и его отдельных фрагментов за времена порядка 10~10 с.
116
6;5. ОСОБЕННОСТИ РЕНТГЕНОСТРУКТУРНОГО АНАЛИЗА КАК ГЛАВНОГО ИСТОЧНИКА ИНФОРМАЦИИ
О ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРЕ БЕЛКА
Ренттеноструктурный анализ кристаллов белков является доминирующим методом определения их пространственной структуры. В последнее время развивается также изучение пространственного строения белков в растворах методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР), однако эти исследования, значение которых нельзя переоценить, пока ограничиваются сравнительно небольшими белками.
