Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
a: MHN — миогаемеритрин, MGN — миоген, MBN — миоглобин; (0): PBN — преальбумин, CON — конканавалин А, СНТ — химотрипсин; (а+р): СВ5 — цитохром b5, LZM — лизоцим, РАР — папаин; (a/p): SUB — субтилизин, СРА — карбоксипептидаза, LDH — лактатдегидрогеназа [218]
(80) к количеству тройных комбинаций (|3(3|3) и ((3а(3) (28). Таким образом, в нативных конформациях глобулярных белков супервторичные структуры не обладают предпочтительностью перед структурами, состоящими из единичных а-спиралей (или (3-складчатых листов) и нерегулярных участков последовательности.
Классификация белков по форме и распределению регулярных
306
структур лишена общности, поскольку касается не всех белков, а только тех, трехмерные структуры которых хоть как-то можно представить в виде набора вторичных структур. Таких белков, как известно, немного. Классификация белков в соответствии с упрощенным представлением их пространственных структур не обоснована с физической точки зрения, в ее основу положены чисто внешние, схематизированные морфологические признаки. Отсутствуют также серьезные основания считать а-спирали и (В-складчатые листы единственными жесткими образованиями нативных конформаций белков. Но даже если не выходить за узкие рамки белков с высоким а-спиральным и (В-структурным содержанием, то и в этом случае разделение белков на четыре группы представляется условным и вряд ли целесообразным. Лишь первые две группы (а и (В) определены достаточно однозначно. Белков, состоящих только из а-спиралей или (3-структур, мало. Для отнесения белков к группам (а + (3) и (а/(3) объективных количественных критериев вообще нет и граница между ними по существу отсутствует. Из рис. II.6 видно, что в группу (а + (3) входят белки, содержащие признаки (а/(3), и наоборот. О неоднозначности деления свидетельствует, например, тот факт, что Левитт и Чотиа относят лактатдегидрогеназу к группе (а/|3), а Шульц и Ширмер [157] — к двум группам: С-конец — к (а + (3), а N-конец — (а/(3). Первые помещают инсулин и папаин в группу (а + (3), а вторые — инсулин в группу (а), а папаин — в (а) и ((3). Частично недоразумения связаны с тем обстоятельством, что Левитт и Чотиа классифицируют по группам целые белковые молекулы, а Шульц и Ширмер — так называемые структурные домены, о которых они сами же пишут, что ’’...определение домена весьма нестрого и здесь может возникнуть много спорных ситуаций” [157. С. 103].
9.2. ДОМЕНЫ
Представление о пространственной огранизации белковой цепи не только в виде цельной компактной глобулы, но и в форме нескольких слабо связанных между собой глобулярных областей неоднократно высказывалось рядом авторов при анализе кристаллографических структур отдельных белков. Впервые это было сделано Д. Филлипсом в 1966 г. при описании структуры лизоцима в виде нескольких ’’компактных глобулярных блоков” [219]. Подобные, но более обособленные друг от друга структурные образования были отмечены у иммуноглобулинов Б. Каннингхэмом и сотр. в 1971 г. [220]. Для характеристики трехмерных структур белков этой группы ими была сформулирована гипотеза доменов в предположении о независимости генетического контроля каждой структурно автономной области. Вне связи с иммуноглобулинами доменная организация трехмерной структуры была отмечена в 1972 г. Дж. Бирктофтом и Д. Блоу у а-химотрипсина [221]. Нативная конформация этого белка включает два домена, каждый из которых, по мнению некоторых авторов, имеет цилиндрическую
307
форму, образованную шестицепочечной антипараллельной (3-структурой. Такой же топологией обладают трехмерные структуры эластазы и трипсина, а также структуры аспартатных протеиназ (пепсина, ризо-пуспепсина, эндотиопепсина и др.). Четко делится на две части также нативная конформация папаина [222—224]. Однако здесь домены имеют разную структуру; один содержит только а-спирали, а другой — преимущественно (3-структуры. На самом деле в доменизации папаина вторичные структуры скорее всего не играют существенной роли, поскольку содержание а-спиралей (очень неправильных) в белке не превышает 20%, а (3-структур — немногим более 10%.
К. Анфинсен обнаружил существование двух доменов у стафилококковой нуклеазы [225]. Они обладают повышенной стабильностью, проявляющейся в большей денатурационной устойчивости. Доменная структура КАБ(никотинамидадениндинуклеотид)-зависимых дегидрогеназ, как и у иммуноглобулинов, связывается со слиянием генов. У лактатдегидрогеназы, малатдегидрогеназы, алкогольдегидрогеназы и глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы один из структурных доменов везде выполняет одну функцию, являясь NAD-связывающим центром. В связи с этим он отличается в ряду перечисленных ферментов большим постоянством в своем химическом и пространственном строении [226]. В два домена складываются также полипептидные цепи фосфоглицераткиназы и гексакиназы [227—229].
Впервые обратили внимание на домены как на важную и характерную особенность нативных конформаций глобулярных белков Д. Уетлауфер [230] и М. Россманн и А. Лильяс [197]. Д. Уетлауфер объясняет существование доменов спецификой механизма самопроизвольной сборки белковой аминокислотной последовательности в нативную конформацию. Он различает два вида доменов с непрерывной и прерывной полипептидной цепью, из которых наибольшее значение придает первому виду. Элементом, цементирующим структуру домена, считается ядро (нуклеация) из 8—18 остатков, образование которого при беспорядочном поиске может быть осуществлено за разумный в биологической шкале времени период. Ядро служит матрицей для укладки полипептидной цепи домена, размер которого определен в 40— 150 остатков. Такая организация домена, напоминающая описанную Филлипсом организацию ’’компактных глобулярных блоков” лизоцима, обеспечивает быструю спонтанную сборку всей структуры белка [219]. Одним из самых важных условий такой сборки, по мнению Уетлауфера, является непрерывность образующей домен цепи. Только в этом случае возможно, во-первых, максимально быстрое возникновение нуклеации и, во-вторых, быстрый рост до размера домена, поскольку потери времени на диффузию и ориентацию при добавлении к структуре нуклеации соседних в последовательности остатков будут меньше, чем при добавлении удаленных остатков. Поэтому домены, образованные из одной непрерывной цепи, должны возникать первыми и превалировать над доменами из двух (и более) цепей, что и наблюдается.
