Биологическая химия. Том 31 - Карасев В.А.
Скачать (прямая ссылка):
5. Икосаэдрические группы, I, (532) — 60 протомеров, <6 пятерных, 10 тройных и 15 двойных осей.
Ограниченное число типов точечных групп, встречающихся в белковых надмолекулярных структурах, связано с особенностями аминокислот (хиральностью, наличием только одного типа изомеров), что исключает точечные группы, содержащие центры инверсии и отражения. Таким образом, вращательная симметрия является основным типом симметрии в надмолекулярных биоструктурах.
Примеры симметрии в белковых структурах. Наибольшее распространение среди белков имеют олигомеры, содержащие
2 или 4 протомера. В соответствии с этим они имеют, как ¦правило, симметрию С2 или D2. Например, симметрию €2 имеют димеры алкогольдегидрогеназы [50], малатдегидрогеназы ?65], щелочной фосфатазы [121], тирозил-т-РНК-синтетазы [115], фосфолипазы А2 [47]. Организация димеров такова, что они могут образовывать между собой только контакты одного типа — изологические.
В то же время тетрамеры таких ферментов как лактатде-гидрогеназа [114], глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа [98], имеют симметрию D2, т. е. субъединицы расположены в виде тетраэдра. В этом случае любая из субъединиц может содержать по крайней мере три типа контактов — по одному на пересечении с каждой осью второго порядка.
Значительно реже встречается симметрия С3, D3, D4, не говоря уже об октаэдрической и икосаэдрической. Некоторые примеры таких белков приведены в монографии [28]. Следует отметить, что подавляющее большинство олигомерных белков имеет четное число субъединиц [78].
Симметрия в других типах надмолекулярных структур. Кроме белков, симметрией обладают и другие типы надмолекулярных структур, в которых белки присутствуют. Например, в биомембранах различных типов встречается вращательная симметрия в расположении отдельных субъединиц. В пурпурных мембранах Halobacterium halobium присутствуют оси третьего порядка (Сз) [135,64]. Аналогичным образом, подобные оси симметрии присутствуют в мембранах других бактерий [29,122], а также млекопитающих [132, 133]. Следует отметить, что, как правило, оси симметрии мембранных белков перпендикулярны плоскости мембраны [77]. Подчеркнем также, что данные о структуре биомембран дают четкие указания на •периодичность мембранной структуры, что, однако, практически не учитывается в современной модели биомембран [118].
Биологическое значение симметрии, по современным представлениям, состоит в том, что она обеспечивает регулярную упаковку протомеров вокруг некоего центра, насыщенность связей и одинаковые условия для каждой из субъединиц [78]. Кроме того, максимальная симметрия олигомеров приводит к
наиболее стабильной структуре, поскольку в ней реализуется максимально возможное число контактов между протомерами. Это не исключает, однако, различную степень важности таких контактов. Например, известны тетрамеры [55,80], которые при переходе в димерную форму сохраняют свою активность («димеры димеров»), В то же время не обнаружены тетрамеры, имеющие линейную форму расположения субъединиц. Существование таких тетрамеров термодинамически невыгодно, т. к. два тетрамера будут находиться в неэквивалентном состоянии с неполностью реализованными связями. Как будет показано в последующих главах (гл. 6, 7), именно последовательное соблюдение принципа эквивалентности контактов субъединиц является основанием к теоретическому построению надмолекулярных структур высокой сложности (биомембран, метаболонов).
3.1.4. Область контакта субъединиц
Необходимость рассмотрения области контактов субъединиц обусловлена в первую очередь тем, что в ней находятся те фрагменты структуры субъединиц, которые определяют их взаимное расположение. Кроме того, в области контактов могут проходить возможные линии связи [44], обеспечивающие взаимодействия между функциональными центрами субъединиц, а также располагаться «выделенная степень свободы», необходимая для кон формационной релаксации надмолекулярной структуры [2].
По современным данным существенной разницы при упаковке взаимодействующих субъединиц, по сравнению с упаковкой белковых глобул, не обнаруживается. Показано, что плотность упаковки области контакта белковых субъединиц столь же велика, как и при упаковке белка [30, 39]. При этом часто образуются водородные связи между противоположно заряженными группами [39], а также системы водородных связей
[33]. Такая специфичность при взаимодействии достигается комплементарностью профилей контактирующих субъединиц, включая противоположные заряды полярных групп. Примером комплементарности зарядов может служить существование двух групп аминокислот — аспарагиновых в цитохром-с-пероксидазе и лизинов в цитохроме с, которые способствовали правильной ориентации этих двух белков при образовании комплекса между ними, что было обнаружено с помощью моделирования на дисплее [108]. Важную роль в ориентации субъединиц играют полярные группы, образующие водородные связи, в процессе формирования четвертичной структуры гемоглобина [105]. Необходимо отметить, что при образовании контактов между субъединицами определенную роль играют так-
