Молекулярная биология. Структура и функция белков - Степанов В.М.
ISBN 5-06-002573-Х
Скачать (прямая ссылка):
Четвертичная структура — последний уровень в организации белковой молекулы, к тому же не обязательный — до половины известных белков ее не имеют. Граница между белками, имеющими четвертичную структуру и лишенными ее, не всегда вполне определенна. Некоторые белки сравнительно легко диссоциируют на субъединицы уже в
149
Рис. 7.1. Расположение белков (F, G, Н), образующих оболочку капсида фага 0x174
Зачерненные пятиугольники соответствуют осям симметрии пятого порядка, треугольники - третьего порядка, "линзы" - второго порядка
обычных условиях. В то же время известно возникновение более или менее стабильных димеров в растворах некоторых белков, которые не классифицируются как обладающие четвертичной структурой: такова, например, панкреатическая рибонуклеаза. Заметим, что поверхности белков, насыщенные функциональными группами и весьма неровные, склонны к образованию хотя бы слабой системы взаимодействий, на чем основана, в частности, кристаллизация белков. Такие взаимодействия следует, по-видимому, рассматривать как своеобразный зародыш, способный послужить в эволюции белка исходной точкой для развития достаточно совершенной четвертичной структуры.
7.1. СТЕХИОМЕТРИЯ И ГЕОМЕТРИЯ ЧЕТВЕРТИЧНОЙ
СТРУКТУРЫ
Субъединицы, образующие четвертичную структуру белка, могут быть совершенно различными как по строению, так и по функциональным свойствам. Такие белки относят к гетеромерным. Они встречаются довольно часто, позволяя объединить в одной структуре несколько взаимосвязанных функций, создать полифункциональную молекулу. К гетеромерам относится, например, протеинкиназа, в кото-
150
рой одна из субъединиц (С — каталическая) ответственна за собственно ферментную активность и катализирует перенос фосфата АТР на белок,, а другая является регуляторной (Е). В отсутствие циклического АМР последняя связана с С-субъединицей в комплекс R—С, и ингибирует ее. При образовании комплекса с сАМР четвертичная -структура распадается и С-субъединица оказывается способной фосфорилировать белковые субстраты. Ярким примером гетеромерного белка может служить РНК-полимераза.
В юмомерных белках субъединицы одинаковы. С ними сходны и такие, строго говоря, гетеромерные белки, субъединицы которых не одинаковы, но достаточно сходны к^к по способу свертывания полипептидной цепи, так и функционально.
Частоты, I с которыми встречаются белки, построенные из Двух, трех, четырех и т.д. субъединиц, весьма различны. Так, для более' или менее случайной выборки из примерно 200 белков с молекулярной массой не более 300 кДа оказалось димеров 102, тетрамеров 58, гексамеров 23, тогда как тримеров только 9, пентамеров ни одного, октамеров 3. Таким образом, подавляющая часть белков, имеющих четвертичную структуру, приходится на димеры, тетрамеры и гексамеры, причем последние встречаются у белков с молекулярной массой, большей 100 кДа. .
Геометрия симметричных димеров очевидна. То же относится и к тримерам, которые весьма редки, однако встречаются. В частности, они могут играть существенную роль при образовании трансмембранных каналов,-поскольку своего рода пучок из трех субъединиц сам по себе образует внутренний канал. В тетрамерных белках субъединицы могут размещаться в вершинах квадрата, что встречается редко, или же занимать вершины тетраэдра (рис. 7.2). Последний тип четвертичной структуры, в котором каждая субъединица взаимодействует с тремя остальными с различной силой, а молекула в целом оказывается весьма компактной, наблюдается особенно часто. Для гексамерных белков характерна октаэдрическая упаковка, гораздо реже встречаются плоские гексагональные структуры.
Субъединицы, образующие симметричную четвертичную структуру, бывают идентичными, но могут И отличаться, будучи в то же время однотипными, эволюционно родственными белками, которые обладают одинаковым способом свертывания пептидной цепи в пространстве. В этих случаях формирование четвертичной структуры имеет характерные особенности. Если, например, тетрамерный белок образован структурно гомологичными однотипными субъединицами а и /?, то в зависимости от степени их отличия возможны две ситуации. В первом случае, когда контакты a—a, /З—q и 0—0 отличаются существенно, образу-
151
Рис. 7.2. Четвертичная структура альдо-лазы скелетных мышц кролика
Фермент состоит из четырех одинаковых субъединиц, расположенных в вершинах тетраэдра (две, выделенные жирными линиями, расположены ближе к читателю). Межсуб'б-диничные взаимодействия в этом случае обеспечиваются гидрофобными контактами между боковыми радикалами аминокислот, образующих «-спирали
ется четвертичная структура типа 0(2/02) Другие же наборы субъединиц нестабильны и практически не обнаруживаются. Так, в частности, построены молекулы гемоглобинов. Бели же межсубъединичные контакты практически равноценны, оказывается возможным образование набора всех возможных . четвертичных структур, т.е. а4) агзА, .
