Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
6. Свертывание агспирали начинается с ее С-конца на стадии образования промежуточного состояния и в основном завершается в переходном состоянии. Этот вывод не встречает серьезных возражений, поскольку значения структурных параметров ф1 и <p-rs у двух С-концевых остатков спирали (Thr-16 и His-18) равны в состоянии I и TS соответственно 0,8 и 0,9.
7. N-Концы а2-спирали и всего белка находятся в развернутой форме в состояниях I и TS, а С-конец — в свернутом. Первая часть этого заключения соответствует значениям ф] и <pTS, действительно, отвечающим этой форме (табл. III.6). Что касается конформационного состояния С-конца белка, то, если судить по значениям параметров <рг и (Pxs остатка Не-109, его конформацию следует отнести не к свернутой, как утверждается в работе, а к развернутой [139].
Итак, первая попытка построить на уровне отдельных аминокислотных остатков количественную картину всего пути свертывания белковой цепи не достигла желаемой цели. Декларированный Ферштом и сотрудниками порядок ренатурации барназы не является очевидным следствием беспристрастного анализа, а представляется одним из множества правдоподобных вариантов феноменологического описания процесса. Для такого заключения имеется ряд причин как субъективного, так и объективного характера. Прежде всего, невозможно было дать однозначную трактовку всем этапам свертывания белка из-за ограниченного при решении столь сложной задачи набора структурных параметров <р. В самом деле, для описания поведения цепи из 110 аминокислотных остатков авторы ничего не знали о более чем 80% остатков и располагали количественной информацией только о четырех остатках в состоянии I и семи остатках, куда вошли предшествующие четыре, в состоянии TS. Из 33 изученных мутантов лишь у четырех значения параметра <Pi заметно отличаются от ф-гх. Поэтому трудно говорить определенно о динамике ренатурации белка на участке I TS. Метод не фиксирует происходящие здесь события. Очевидно, при таком соотношении числа известных и неизвестных может быть написано много сюжетов укладки барназы.
Набор значений ф в принципе может быть увеличен до 110 и выше. Однако, вряд ли это облегчит ситуацию. Нерешенным останется более серьезный вопрос, касающийся заключенной в параметре ф струк-
405
турной информации, т.е. его физического смысла. Выше отмечалось, что строгая трактовка значений <р возможна лишь на уровне индивидуальных контактов и при аддитивном представлении энергии взаимодействий боковых цепей. Было показано на материале рассматриваемого исследования, что это нереально даже у мутантов с "ненарушающими делециями". В общем случае нельзя относить всю величину наблюдаемого при аминокислотной замене изменения свободной энергии к боковой цепи одного остатка. Разность свободной энергии белка дикого типа и мутанта (у свернутого состояния — AAGN) непременно содержит в неявном виде энергию переориентации боковых цепей, вызванной мутацией. Найти эту энергию экспериментальным путем не представляется возможным, а к теоретическому подходу Фершт и сотр. относятся скептически1 [110, 138]. Поэтому найденные параметры <р, даже когда они имеют значения вблизи 0 и 1, несут в себе неопределенность, которая в той или иной мере (в какой — неизвестно, но каждый раз — в разной) обесценивает предпринятые усилия.
Глава 14 СВЕРТЫВАНИЕ БЕЛКОВ В КЛЕТКЕ
Рибосомный синтез белка заключается в росте полипептидной цепи путем последовательного присоединения очередной аминокислоты к карбоксильной группе предшествующего остатка. Отдельный цикл элонгации включает три этапа: связывание аминоацил-тРНК, образование пептидной связи и транслокацию рибосомы — перемещение ее вдоль молекулы мРНК в направлении 5' —> 3' от одного кодона к другому. И так до встречи с одним из трех стоп-кодонов. Рост белковой цепи заканчивается присоединением к стоп-кодону фактора освобождения, останавливающего трансляцию и вызывающего отделение завершенного полипептида от рибосомы. До этого растущий С-конец последовательности все время остается ковалентно фиксированным в пептидилтрансферазном центре, а N-конец — свободным. При отсутствии каких-либо регуляторных воздействий на биосинтез белка скорость считывания мРНК может достигать у прокариот около 50 нуклеотидов в секунду, а эукариот — около 30 [152]. Следовательно, элонгация белковой цепи небольших размеров продолжается не менее 10—30 с. За это время совершается множество конформационных изменений растущего пептида, поскольку единичное изменение — поворот атомной группы вокруг одинарной связи, занимает всего 10-12 — 10-14 с.
Таким образом, в условиях in vivo, в отличие от спонтанной ренатурации развернутой цепи в опытах in vitro, процессы химической и
1 Вопрос о том, насколько такое отношение оправдано, рассматривается в следующем томе этого издания.
406
пространственной структурной организации белковой молекулы могут идти параллельно и заканчиваться практически одновременно. В этом случае нельзя исключить котрансляционное свертывание полипептидной цепи в нативную трехмерную структуру и обретение белком, еще прикрепленном к рибосоме, биологической активности. Предположение о возможной укладке белковой цепи в нативную конформацию во время ее синтеза in vivo нащдо подтверждение в большом числе экспериментальных исследований. Классическим примером является (3-галактозидаза, гидролизующая лактозу до глюкозы и галактозы. Для проявления своей активности фермент требует не только определенной структурной организации отдельной макромолекулы, но и формирования из четырех субъединиц специфического четвертичного комплекса [152]. Тем не менее, было обнаружено, что растущая, т.е. еще связанная с рибосомой, полипептидная цепь ферментов способна взаимодействовать с находящимися в растворе свободными субъединицами и образовывать четвертичную структуру, обладающую (3-галактозидазной активностью. До завершения трансляции мРНК и освобождения от рибосомы полипептидная цепь этого же фермента также реагирует на антитела третичной структуры, т.е. обнаруживает иммунологическую специфичность зрелого белка [153].
