Молекулярная биология. Структура и функция белков - Степанов В.М.
ISBN 5-06-002573-Х
Скачать (прямая ссылка):
¦< Ренатурация белка из двух фрагментов, иногда перекрывающихся, может 1быть, видимо, объяснена тем что .соответствующие участки первичной структуры способны, каждый сам по себе, образовывать элементы "мерцающей" вторичной структуры, которые при взаимодействии фрагментов быстро находят путь к закреплению уже значительно более стабильной пространственной структуры. Разумеется, нельзя считать, что ренатурировать, образуя единую третичную структуру, могут фрагменты, полученные каким угодно способом, — разрыв цепи, должен происходить на разрешенном участке, выбранном так, чтобы фрагменты могли с известной вероятностью автономно формировать элементы вторичной и, возможно, третичной структуры. Ренатурация белка из крупных фрагментов пептидной цепи> видимо, .близка комплементации — вбсстановлению активности белка при смешивании двух неактивных полипептидных цепей, несущих мутации в разных сайтах.
Итак, код, определяющий однозначность соотношения между способом укладки полипептидной цепи в пространстве (третичной струк-
_ 145
турой) и целым семейством аминокислотных . последовательностей., несомненно, вырожден. Однако меру этой вырожденности не следует переоценивать, поскольку речь идет об устойчивости. Р^ждюй, но не исчерпывающей специфику белка характеристики — спороба свер'^ыва-ния полипептидной цепи в. пространстве. Эта устойчивость позволяет, пользуясь одной. и той же третичной структурой, иметь множество пространственных структур, отличающихся .распределением, ^функциональных групп на поверхности белка и, значат, имеющих различные функциональные возможности. Заметим, что однотипность способа пространственной укладк!и пептидных цепей, принадлежащих одному семейству, не означает идентичности — возможны отличия в деталях, которые опять-таки могут оказаться функционально значимыми.
Сказанное, иллюстрируют данные по мутантам хорошо изученного белка — лизоцима. У птиц отряда Galliformes в структуре лизоцимов яичного белка содержится неподалеку от активного центра кластер, который образован одним из двух наборов аминокислотных остатков:
ThMO ... Ile-55 ... Ser-91
;»i Г-; „ .
или
Ser-40 ... Val-55 ... Thr-91
• J i . j • « J4 1
*1 ,
В этих позициях другие аминокислотные остатки не встречаются, более того, неизвестны и природные лизоцимы, которые, отвечали бы переходным наборам аминокислотных остатков, например Ser-4G , Не-55, Ser-91 и т.п. Полученные методом направленного мут^игене^а все возможные переходные формы оказались качественно, весьма похожими на оба исходные варианта, в частности обнаруживали, близкую удельную активность. Рентгеноструктурный анализ показал, что структура белковой глобулы достаточно пластична и может адаптировать небольшие изменения в строении боковых цепей. Так, при замене Ser-91 на Thr дополнительная метальная группа треонина частью заполняет имевшуюся в структуре "пустоту", частью использует .пространство, высвобождающееся после вызванного этой заменой повороту боковой группы 11е-55 вокруг связи С&~ С^. Вместе е тем такие обобщенные
характеристики 1 устойчивости белковой глобулы, как ' температура тепловой денатурации или температурная стабильность активности, у переходных форм, как правило, не оказываются промежуточными, а выходят за пределы -этих же характеристик у исходных ферментов. Тайим образом, не вызывая драматических изменений в свойствах, замены аминокислот в указанных позициях не безразличны для ‘ функ-146
циональных свойств фермента, и не могут рассматриваться как вполне "нейтральные".
Меру вырожденности йтереохимического кода, связывающего пер-, вичную и третичную структуру белка, позволяют оценить опыты М.Пташне и сотрудников. Методами белковой инженерии был проведен обмен <*-спиралями, узнающими ДНК, между двумя белками-ре-прессорами: его и 434. Ниже сравниваются фрагменты, кодирующие гомологичные о-спиральные участки в этих белках:
его Gin Gin Ser lie Glu Gin Leu Glu Asn Gly Lys '# # # * * *
434 Gin Gin Ser lie Gin Leu I le Glu Ala Gly Val (звездочками отмечены идентичные остатки)
Замена указанного участка в репрессоре 434 на последовательность сго-репрессора дала устойчивый гибридный белок — репрессор*, функционально похожий на сго-репрессор. Таким образом, вполне удалась пересадка большого фрагмента — а?-спирали — в структурно родственный, но далеко не идентичный белок, где эта о-спираль смогла, очевидно, установить нековалентные взаимодействия с оставшейся структурой репрессора 434. Этот результат хорошо подтверждает вы-рожденность соотношения между третичной и первичной структурами. Однако, казалось бы, симметричная операция — пересадка о;-спираль-ного фрагмента репрессора 434 в сго-репрессор — привела к нестабильному белку, не способному существовать в клетке. Выяснилось, что остаток лейцина, имеющийся в о;-спирали сго-белка, мешает установлению ее контакта с остатбчной структурой белка 434. Лишь после замены одного этого остатка на свойственный репрессору 434 изолейцин структура гибридного белка стабилизировалась, и он получил возможность существовать и функционировать. Эти данные, не отрицая вырожденности стереохимического кода, указывают на ее существенные ограничения.
