Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
Белок-дисульфидная нзомераза. X. Динтцис [176], К. Кенфилд и К. Анфинсен [177] впервые обратили внимание на то, что искусственная сборка нативной конформации рибонуклеазы А с ее четырьмя дисульфидными связями продолжается несколько часов, тогда как биосинтез этого же белка и построение функционирующей трехмерной структуры занимает всего несколько минут. В то же время, продолжительность сборки таких же небольших белков, стафилококковой нуклеазы (149 остатков) и миоглобина (153 остатка) составляет в условиях in vitro всего несколько секунд, т.е. меньше, чем в процессе рибосомного синтеза [2].
К. Анфинсен предположил существование генетического контроля за свертыванием белковой цепи в процессе биосинтеза, осуществляемого с помощью специфических ферментов ("shuffling enzymes"), катализирующих скорость-лимитирующие стадии сборки, в данном случае, образование S—S-мостиков. Действительно, в его лаборатории вскоре был выделен один из таких ферментов. Аминокислотная последовательность фермента содержала остаток Cys в восстановленной SH-форме, которая участвует в тиол-дисульфидной обменной реакции с синтезируемым белком, ускоряя образование правильной системы дисульфидных связей [178, 179].
Это был первый факт, который свидетельствовал об участии одного белка в сборке трехмерной структуры другого и, следовательно, противоречил (по крайней мере формально) постулатам Ламри и Эйринга и термодинамической гипотезе самого Анфинсена. Долгое время он оставался единственным и практически не замеченным на фоне многочисленных данных о полной ренатурации развернутой белковой цепи in vitro, однозначно подтверждавших положение о том, что вся информация о пространственном строении и функции белка заключена в его аминокислотной последовательности. Однако при постоянно увеличивающемся внимании к проблеме структурной организации белковых молекул, всевозрастающем количестве работ в области обратимой денатурации, разработке новых методов анализа промежуточных состояний и поиске подхода к изучению деталей рибосомного синтеза стали все чаще обнаруживаться факты, указывающие на более сложный механизм сборки белка in vivo, чем это, на первый взгляд, следовало из опытов in vitro. Но и там положение не отличалось большой ясностью. Оказалось, что в искусственных условиях свертывание природных полипептидных цепей не всегда бывает успешным. Лучше всего ренатурируют водорастворимые однодоменные глобулярные белки небольших размеров.
Во многих случаях денатурация не является в полной мере обратимой, особенно при температурах и концентрациях, приближающихся к найденным in vivo. В условиях in vitro возвращение к
411
нативной конформации происходит эффективнее при более низких температурах и значительно меньших концентрациях. Неудачами, как правило, заканчивались попытки ренатурировать развернутые цепи сложных белков, имеющих многодоменную структуру и проявляющих свою активность в олигомерных комплексах или при ассоциации с другими макромолекулами. Не поддавались также повторной сборке денатурированные фибриллярные белки соединительных тканей, интегральные мембранные белки и целый ряд других. Отсутствие обратимой денатурации объяснялось, во-первых, уникальными условиями свертывания белковой цепи in vivo, малоизвестными и не воспроизводимыми in vitro, во-вторых, беспорядочными невалентными взаимодействиями развернутых полипептидных цепей, их коагуляцией и осаждением или, в-третьих, ковалентными модификациями, которым подвергаются белки после отделения от рибосом (известно более сотни типов посттрансляционных химических модификаций).
Качественное изменение ситуации в изучении механизмов свертывания белковых цепей наметилось в самом конце 1980-х годов. Оно вызвано открытием нового класса белковых молекул, существование которых мало кто предполагал, во всяком случае, оно представлялось маловероятным. Их функции в жизнедеятельности клеток заключаются в содействии правильной невалентной сборки других белков, не становясь, однако, компонентами их окончательных физиологически активных структур. Белки этого класса получили название молекулярных шаперонов2. Открытие шаперонов вместе с известными ранее, но необобщенными и не привлекшими к себе должного внимания данными поколебало, особенно на первых порах, общепринятую точку зрения на принципы структурной организации белковых молекул. Новые факты неизбежно вели к заключению, что существовавшее представление о свертывании полипептидной цепи in vivo как о самосборке белка, по меньшей мере не совсем точно отражает реальный процесс. Необходимость пересмотра устоявшегося мнения о взаимосвязи между химическим и пространственным строением белковых молекул диктовалась новыми экспериментальными данными, число которых начинает возрастать лавинообразно. Все они свидетельствовали об уменьшении выхода, замедлении скорости и даже полном прекращении сборки трехмерных структур одних белков по мере снижения вблизи рибосом концентрации других белков. Стали известны две группы молекулярных посредников, функции которых в клеточной сборке белковых цепей оказались значительными и разнообразными. Они влияют на скорость свертывания цепи, целенаправленно ускоряя или замедляя созревание нативной конформации, определяют порядок формообразования сложных комплексов, стимулируя реорганизацию белок-белковых взаимодействий в олигомерных структурах, облегчают деградацию неправильно свернутых цепей, стабилизируют, транспортируют и соединяют в соответствующих клеточных компартментах
