Молекулярная биология. Структура и функция белков - Степанов В.М.
ISBN 5-06-002573-Х
Скачать (прямая ссылка):
Не вдаваясь в обсуждение техники рентгеноструктурного анализа, кратко рассмотрим возможные его ограничения. Поскольку с помощью рентгеноструктурного анализа изучают строение белковой молекулы в кристалле, важнейший вопрос состоит в том, насколько точно состояние этой молекулы в кристалле отражает ее строение, а значит, и поведение в растворе, которое существенно для ее биологической роли. Казалось бы, взаимодействия между белковыми глобулами, обязательно возникающие при кристаллизации, способны сильно исказить строение белка, что существенно уменьшило бы ценность метода. Однако, как показали многочисленные наблюдения, этого не происходит.
Такое заключение подтверждается, во-первых, тем, что данные о пространственной структуре белков в растворе, полученные методом ЯМР, согласуются с результатами рентгеноструктурного анализа. Во-вторых, в кристаллах некоторых ферментов удалось наблюдать каталитическую активности что указывает на сохранение в кристалле конформации, присущей нативному белку. Более того, пропитывание кристаллов раствором субстрата (а чаще — его аналога), ставшее стандартным приемом кристаллографии белков, приводит к его связыванию в активном центре. Это опять-таки указывает на сохранение нативной структуры в кристалле. В-третьих, для белков, в кристаллах которых содержатся по-разному ориентированные молекулы, последние, несмотря на различие в контактах с "соседями", имеют практически идентичные пространственные структуры, если пренебречь некоторыми, обычно небольшими, отличиями в положении функциональных групп на поверхности контакта.
Заметим, что изменение конформации или отбор одной из нескольких конформаций при кристаллизации небольших органических соединений — события не столь уж необычные. Сохранение же конформации при кристаллизации белков обусловлено особенностями строения белковых кристаллов. Последние обязательно содержат большой об>ем' воды, буферных солей — растворителя, из которого велась кристалли-
117
зация. Доля растворителя в белковых кристаллах достигает 50 % и
¦ более к общему объему. Поэтому белковая молекула в кристалле, хотя . и имеет целый ряд нековалентных контактов с соседними, остается как бы погруженной в ту же среду, где она находилась до кристаллизации. В частности, удается выявить слой из нескольких сотен молекул воды, непосредственно связанных с поверхностью белка и составляющих его гидратную оболочку. Таким образом, в~ силу своеобразия белковых кристаллов их образование не вызывает значительйых структурных изменений в белке и метод рентгеноструктурного, анализа дает, как правило, картину, правильно отражающую строение белковой молекулы в растворе.
Следует, однако, указать на весьма существенное ограничение, связанное с тем, что динамика белковой структуры в кристалле ограничена контактами с соседними молекулами. Это особенно верно для крупных структурных перестроек, поэтому необходимо иметь в виду известную тенденцию приуменьшать динамические возможности белка, базируясь на результатах рентгеноструктурных исследований.
6.6. ДОМЕНЫ В БЕЛКАХ v
Свойственный белкам способ организации пространственной структуры — формирование гидрофобного ядра и мозаичной поверхности, содержащей как гидрофильные, так и гидрофобные элементы, — на первый взгляд, ограничивает размеры глобулы, поскольку с увеличением ее объема строго гидрофобное ядро будет составлять все меньшую долю. В какой-то мере это так, но ограничение затрагивает лишь размеры данным способом организованной структуры, а не молекулы в целом. Действительно, начиная примерно с молекулярной массы 14 16 кДа прослеживается тенденция к формированию белковой молекулы из двух (и более) в той или иной степени независимо образованных глобул, каждая из которых имеет свое гидрофобное ядро. Такие глобулы — домены — формируются различными отрезками одной и той же полипептадной цепи.
Доменами в белках называют области в третичной структуре, которым свойственна определенная автономия структурной организации. Автономия эта подчас столь значительна, что домены могут независимо от других частей белковой молекулы поддерживать и даже формировать пространственную структуру. Во многих случаях удается разделить домены, подвергнув белок ограниченному протеолизу.
В рамках биологической фуйкции данного белка домены нередко, хотя и не всегда, выполняют собственные задачи, и тогда структурная автономия домена дополняется функциональной. Например, нуклеотид-
118
связывающий домен дегидрогеназ, имеющий, независимо от конкретной функции того или иного фермента одинаковый способ укладки црлипептидной цепи, ответствен за взаимодействие с одним из субстратов реакции — коферментбм NAD или NADH. Аминоконцевые домены {критлы) ферментов системы свертывания крови обеспечивают связывание с липидами мембраны и другими белками (рис. 6.4), аминб-концевые домены иммуноглобулинов формируют центр связывания антигена.
Однако в ряде случаев для Рис. 6.4. Третичная структура одного
