Вирусология: В 3-х т. Том 1 - Филдс Б.Н.
ISBN 5-03-000283-9
Скачать (прямая ссылка):
Способ упаковки элементов в структуру с данной симметрией показан на рис. 3.5,5. Запятые, связанные осями симметрии
2-го порядка, расположены «лицом-к-лицр, связанные осями
3-го порядка — «затылком-к-затылку», а 5-го порядка — «хвое-
г
Рис. 3.4. Икосаэдр. Показаны некоторые элементы икосаэдрнческой симметрии: поворотные оси 2, 3 и 5-го порядков. Обратите внимание на важное различие между понятиями симметрия и форма. Симметрия — это главная особенность структуры. Ее можно определить как набор всех операций (в данном случае поворотов), которые переводят объект сам в себя. Форма — это всего лишь общий вид поверхности объекта. Многие объекты, обладающие икосаэд-рической симметрией, имеют неикосаэдрическую форму, например пентагондо-декаэдр. Действительно, многие вирусы, которые подчиняются икосаэдрнческой симметрии, не имеют формы икосаэдра.
том-к-хвосту». Замкнутые капсиды с симметрией более высокого порядка, чем икосаэдрическая, строго говоря существовать не могут. Молекула нуклеиновой кислоты большинства вирусов слишком велика, чтобы ее можно было упаковать в чехол из 60 субъединиц разумной молекулярной массы. Субъединица состоит из нескольких белковых цепей, иногда (например, в случае полиовируса) химически неидентичных [3]. Однако нередко эти цепи бывают «генетически эквивалентны», и тогда вирусный чехол состоит из 60 п (где п>1) идентичных структурных элементов. В связи с этим возникают две важные проблемы, касающиеся сборки. Поскольку не все субъединицы данного типа связаны друг с другом симметричным образом, то каждая субъединица в зависимости от ее местоположения в чехле оказывается включенной в один из нескольких возможных видов взаимодействия с соседями. Отсюда возникает первая проблема — проблема белковой архитектуры. Каким образом обеспечивается альтернативность связывания субъединиц? Вторая проблема — регулярность сборки: как в процессе сборки осуществляется столь точное переключение с одного вида взаимодействия на другой,
Рис. 3.5. А. Плоская гексагональная решетка. Запятые соответствуют субъединицам. Точка, помеченная звездочкой, трансформируется в позицию с координацией 5, Б. В плоскую решетку можно ввести нужную кривизну, преобразовав позицию с координацией 6 в позицию с координацией 5. Для этого сегмент, отмеченный на рис. А, следует вырезать и соединить края разреза. Поскольку при такой процедуре удаляется каждая шестая субъединица, кажется невероятным, чтобы интермедиатом при сборке вируса мог служить плоский шестиугольник. Поэтому такой способ конструирования показан чисто формально. В. Структура, обладающая икосаэдрической симметрией и состоящая из 60 субъединиц. Г. Икосаэдрическая структура, состоящая из 180 субъединиц. Все 180 субъединиц образуют примерно одинаковые локальные контакты, однако строго говоря здесь возникает три вида упаковочных модулей. Они обозначены буквами А, В и С.
что в чехле не возникает нерегулярностей и не происходит его неправильного замыкания?
Каспар и Клуг [16] предложили одно из возможных решений первой проблемы, т. е. попытались ответить на вопрос, как могут возникать альтернативные типы связывания между субъединицами одного вида. Почти полная идентичность контактов между 60 п субъединицами в икосаэдрическом капсиде может быть получена следующим образом. Рассмотрим гексагональную плоскую решетку из идентичных элементов (рис. 3.5,Л). Из такой решетки можно получить икосаэдрическую оболочку, удалив «ломтики» в 60° и «сшив» края разрезов (рис. 3.5,Б). Через каждую вершину такого икосаэдра проходит ось 5-го порядка. Если удалить «ломтик» у каждой из вершин гексагональной решетки, то получится икосаэдр из 60 субъединиц с идентичными меж-субъединичными контактами (рис. 3.5,В). Эти контакты аналогичны контактам в исходной гексагональной решетке, хотя наличие у оболочки кривизны подразумевает, что элементы конечной толщины не смогут полностью сохранить в икосаэдрнческой структуре те же связи, которые существовали между ними в плоской решетке. Если вырезать «ломтики» из каждого второго ближайшего соседа, получится оболочка большего размера — из 180 субъединиц, а не из 60. При этом все контакты будут сходны, однако в действительности субъединицы окажутся разбитыми на три типа. На рис. 3.5, Г они обозначены буквами А, В и
С. Отметим, что среди контактов, стабилизирующих эту структуру, ' будут присутствовать связи трех типов: «голова-к-голо-ве» — между парами субъединиц, «спина-к-спине» — объединяющие в кольцо три элемента и «хвост-к-хвосту» — замыкающие кольцо из пяти или шести элементов. Каждая субъединица будет участвовать во всех трех типах взаимодействия. Таким образом, несмотря на различия в деталях упаковки субъединиц А, В и С, с точки зрения образуемых ими контактов они очень сходны. Например, все субъединицы образуют контакты типа «хвост-к-хвосту», но субъединицы A-типа замыкаются в кольцо из пяти элементов, как в простых ансамблях из 60 субъединиц, я субъединицы В- и С-типов — из шести. Контакты типа «хвост-к-голове» вообще отсутствуют. Гомологичные участки субъединиц всех классов образуют примерно одинаковые контакты. Такое связывание было названо Каспаром и Клугом [16] «квази-эквивалентным», чтобы подчеркнуть, что все субъединицы образуют сходные, хотя и неидентичные контакты. Каспар и Клуг отметили, что нековалентные связи в белках обладают определенной лабильностью и это позволяет генетически и химически идентичным молекулам образовывать неидентичные контакты. Подобная упаковка (правда, немного отличающаяся от описанной выше) действительно наблюдается в случае вируса кустис-
