Молекулярная биология. Структура и функция белков - Степанов В.М.
ISBN 5-06-002573-Х
Скачать (прямая ссылка):
Поскольку все ори дают пррт свертывании однотипную пространственную. укладку полипептидной цепи, отличающуюся лишь в деталях, о*; идио, что далеко не все аминокислотные остатки в. равной мере ответственны за образование третичной структуры. Такое заключение подтверждается многими экспериментами по направленной замене аминокислотных остатков в отдельных позициях полипептидной цепи методом сайт-специфического мутагенеза. Так, замена остатка Рго-86 в лироциме фага Т4 на Gly, Ser, Cys, Leu, Asp, Arg и His влекла 3t^ собой небольшие по величине, хотя, и простирающиеся иногда на 20 А изменения в структуре. Тем не менее, все эти мутантные белш?, почти не отличались от исходного по температурной стабильности и сохраняли в'целом mom же способ укладки полипептидной цепи в пространстве.
?1 Интересно, что гораздо значительнее изменилась их ферментативная .активность, несмотря на то что точка замены отстоит на 24 А от каталитического центра. Впрочем, нередки и такие случаи, когда замена единственного остатка резко влияет на стабильность белка. Показано, например, что замена в аденилаткиназе E.col i Ser-87 на Pro снижает содержание а-спиралей с 50 до 39% и делает структуру белка
143
\
v неустойчивой при 40 0С1;что приводит in vivo к глубокому протеоли-тическому расщеплению и полной утрате фермента t
Можно было бы думать, что существует определенное число аминокислотных остатков, которые решающим образом влияют на образова-' ние пространственной структуры. Однако число инвариантных остатков, т.е. аминокислот, неизменно занимающих одно и то же положение в полипептидных цепях достаточно многочисленного семейства эволю-ционно родственных белков, обычно невелико, подчас 20—30% или Значительно меньше. Так, в белках оболочки вирусов растений, близких вирусу мозаики табака, из 158 остатков инвариантны 25 (16%), а в семействе карбоксипептидаз, включающем ферменты животных и некоторых микроорганизмов, примерно из 310 аминокислотных остатков — только 42 (13%). В семействе глобинов инвариантных остатков удивительно мало — всего шесть. Было бы чрезвычайно трудно представить себе, чтобы весь набор элементов вторичной структуры (в глобинах это а-спирали), а также все способы их укладки в третичную структуру могли диктоваться столь малым числом инвариантных аминокислотных остатков даже с учетом довольно крупной инвариантной структуры — гема.
Таким образом, следует искать какие-то другие общие черты в семействах первичных структур белков. Достаточно устойчивым признаком оказывается распределение по последовательности гидрофобных и гидрофильных' аминокислотных остатков. В особенности важно непременное наличие в определенных позициях гидрофобных аминокислот (инвариантно гидрофобных остатков).
Например, в гёмоглобинах млекопитающих 33 позиции в первичной структуре всегда заняты гидрофобными аминокислотами — инвариантно гидрофобны. Столь высокая значимость инвариантных гидрофобных остатков в первом приближении понятна — почти все они необходимы для формирования гидрофобного ядра. Гидрофобные остатки важны для организации контактов между элементами вторичной структуры при свертывании. Наконец, характерное распределение гидрофобных и' гидрофильных остатков нужно для воспроизведения элементов вторичной структуры.
Разумеется, инвариантными гидрофобными остатками не исчерпываются те характерные черты, которыми определяется формирование пространственной структуры данной последовательностью аминокислот. По-видимому, существенно сохранение последовательностей определенного типа, задающих повороты пептидной цепи. Чаете* инвариантны остатки глицина, включение которых придает цепи гибкость, снимая многие ограничения на набор углов <р к ф. Наконец, инвариантны и те аминокислотные остатки, которые, возможно, не участвуя в
144
формировании пространственной структуры, незаменимы для характерной функции белка, например входят в его активный центр • Удивительно, что в некоторых случаях для образования правильной пространственной структуры не обязательна целостность собственно полипептидной цепи. Так, продукт ограниченного прртеолиза панкреатической рибонуклеазы субтилизином — рибонуклеаза S — содержит один разрыв полИпептидной цепи после А1а-20. Пептидный фрагмент 1—20 может быть отделен от остаточного белка (21—124), однако при смешении они вновь формируют активную рибонуклеазу S, третичная структура которой лишь в точке разрыва цепи отличается от строения исходной рибонуклеазы.
Та же панкреатическая рибонуклеаза, в полипептидной цепи которой содержится 124 аминокислотных остатка, после отщепления четы рех аминокислот с карбоксильного конца утрачивает способность к свертыванию. Дисульфидные связи при окислении предварительно восстановленного фрагмента 1—120 образуются неправильно, не в том порядке, который свойствен нативному белку. Однако в присутствии С-концевого пептида 105—124 происходит регенерация структуры и активности фермента. Для нуклеазы стафилококков (149 аминокислотных остатков) показано, что при смешивании фрагментов 1—126 и 49—149 их взаимодополняющие участки, например 1—48 и 49—149, образуют глобулу* а оставшийся лишним фрагмент 49—126 не входит в компактную структуру и может быть отщеплен трипсином, если ренатурированный фермент стабилизирован присутствием аналога субстрата.
