Молекулярная биология. Структура и функция белков - Степанов В.М.
ISBN 5-06-002573-Х
Скачать (прямая ссылка):
Анализ четвертичной структуры нескольких белков показал, что среди аминокислотных остатков, обеспечивающих межсубъединичные контакты, 67% являются неполярными, 20 — полярными, 13% несут заряженные группы.
В целом зона контакта между субъединицами представляет собой кооперативную систему нековалентных взаимодействий, стабильность которой существенно зависит от внешних условий и, что особенно важно, даже от небольших изменений в пространственной структуре каждой из взаимодействующих субъединиц. Здесь кроется молекуляр* ный базис одной из наиболее специфичных функций четвертичной структуры — ее способности передавать структурные перестройки одной субъединицы на другие.
154
Прочность четвертичной структуры может колебаться в широких пределах. Ее иногда измеряют долей поверхности субъединиц, которая участвует в межсубъединичном контакте и оказывается скрытой от воды при формировании структуры.
Заметим, что стабилизация четвертичной структуры обусловлена качественно теми же нековалентными взаимодействиями, от которых зависит и устойчивость третичной структуры, хотя вклад гидрофобных контактов несколько меньше. Различие носит скорее количественный характер: как правило, третичная структура значительно прочнее четвертичной, поэтому при воздействии факторов, нарушающих отмеченные связи, четвертичная структура обычно утрачивается первой, диссоциируя на сохранившие нативность субъединицы. Это правило имеет исключения, важно, однако, что относительно меньшая стабильность четвертичной структуры дает большие преимущества при использовании ее изменений как факторов регуляции функциональных свойств белков.
7.3. СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КОНТАКТОВ МЕЖДУ СУБЪЕДИНИЦАМИ
Известно несколько типов организации межсубъединичных взаимодействий, которые характеризуются различной ролью элементов вторичной структуры в формировании контакта. Выше, на, примере аль-когольдегидрогеназы, был подробно рассмотрен довольно часто встречающийся способ, основанный на взаимо действии между собой /3-структурных отрезков, которые расположены на периферии соседствующих субъединиц. Это приводит к формированию весьма протяженного /^-складчатого слоя. Межсубъединичные контакты могут образовываться и за счет взаимодействия между функциональными группами, которые размещены на поверхности /^-складчатых слоев.
Распространены и другие способы образования четвертичной структуры. Так, в цитоплазматической малатдегидрогеназе димер удерживается в основном нековалентными взаимодействиями внутри пучка шести параллельных а^спиралей — по три из каждой субъединицы. Понятно, что при этом главная роль принадлежит боковым группам аминокислотных остатков, соответственно расположенных в «-спиралях. В четвертичной структуре некоторых белков, например триозо-фосфатизомеразы, главная роль принадлежит пептидным петлям,' участвующим в установлении нековалентных взаимодействий между субъединицами.
Особенно характерны белки, которые несут специализированные
155
структуры, позволяющие обратимо устанавливать или расщеплять межсубъединичные контакты, так называемые лейциновые молнии. В таких белках (к ним, в частности, принадлежит целое семейство регуляторов транскрипции) имеется характерная последовательность, в которой каждое седьмое положение занимает остаток гидрофобной аминокислоты, чаще всего лейцина. При образовании этой последовательностью а-спирали разветвленные гидрофобные группы остатков лейцина образуют своеобразный "редкий" гребень, будучи разделены двумя оборотами о-спирали. (Напомним, что ее периодичность — 3,6 остатка.) Две такие спирали, принадлежащие разным субъединицам и направленные одинаково, свертываются в двойную суперспираль (ср. разд. 14.3). Последняя стабилизируется гидрофобными контактами между остатками лейцина, выстраивающимися в плотный гребень. Такой процесс действительно напоминает застегивание "молнии".
1
7.4. СПОСОБЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ЧЕТВЕРТИЧНОЙ
СТРУКТУРЫ
Наибольшую информацию о четвертичной структуре белка дает метод рентгеноструктурного анализа, однако он применим, как правило, на завершающих этапах исследования. Между тем хотя бы приближенные сведения об этом уровне организации необходимы с самого начала. Соответственно особое значение имеют способы мягкой дис-. социации четвертичной структуры, позволяющие выделить субъединицы или какие-то промежуточные структуры в нативном состоянии. Общего решения такой задачи нет, так как прочность четвертичной структуры может быть весьма различной. Однако представления о характере сил, которые обусловливают стабильность четвертичной структуры, помогают в поиске условий, благоприятствующих диссоциации межсубъединичных контактов.
Так, молекула гемоглобина, образованная из четырех субъединиц и имеющая формулу <*202, Уже в 0,5 М NaCl диссоциирует на димеры по
схеме а2/?2 ----> 2а/9, что указывает на весьма слабые связи между
