Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
Назначение белок-дисульфидной изомеразы не сводится только к сокращению времени сборки белковой цепи путем быстрого разрушения неправильных дисульфидных связей и восстановления сульфгидрильных групп. В своей гомодимерной форме ((32) она входит в тетрамерный комплекс а2(32 пролил-4-гидроксилазы, катализирующей известную модификацию боковых цепей остатков пролина в синтезируемых аминокислотных последовательностях коллагена [190].
414
Белок-дисульфидная изомераза является также составной частью гликозидазы [191] и триглициридтрансферазы [192]. Кроме того, в эндоплазматическом ретикулуме обнаружен ряд других белков (ERp59, ERp61, ERp72), содержащих гомологичные тиоредоксину субъединицы. Их функции еще не вполне ясны.
Таким образом, эндоплазматический ретикулум содержит, помимо белок-дисульфидной изомеразы, целое семейство многопрофильных ферментов, в которые входят тиоредоксиноподобные структуры с дитиолдисульфидными активными центрами. Все ли они обладают окислительно-восстановительным потенциалом и принимают участие в котрансляционной и посттрансляционной сборке белковой цепи или только катализируют различные модификации секреторных белков пока неизвестно.
Пептидилпролил-цмс-ш/>анс-изомераза. Пептидные связи в белках и ненапряженных циклах обычно планарны и реализуются в двух энергетически предпочтительных ротамерных формах, получивших название цис-и транс-конфигураций (рис. III.22). Барьеры вращения вокруг связей С'-—N в свободных молекулах атомов составляют 15— 20 ккал/моль, а разность энергии, ДН180_()о, — на порядок меньше в пользу транс-конфигурации. Наблюдаемые различия в энергии форм не могут быть объяснены суммарным эффектом невалентных ван-дер-ваальсовых и электростатических взаимодействий [194]. Необходимо предположение о неодинаковом электронном строении двух конфигураций, незначительном в масштабе энергии связей, но существенном в установлении той или иной формы. По приближенной оценке, величина валентного вклада в стабилизацию более выгодной транс-формы составляет 1,0—2,0 ккал/моль. Отклонение от аддитивности в распределении электронной плотности связей, образуемых азотом пептидной группы, объясняет доминирование у N-алкилформамидов транс-конфигурации, уступающей альтернативной форме по энергии невалентных вазимодействий. На небольшое различие в электронных свойствах связей амидного азота и транс- и ^ис-конфигурациях С—14-связи указывают некоторые опытные факты, например, неэквивалентность длин связей и дипольных моментов NH, валентных углов HNC аминогруппы формамида [195, 196].
На формирование пространственного строения полипептидов и белков оказывают воздействие не только различие в энергии конфигураций отдельных пептидных связей, но и кооперативные конформационные эффекты и влияние растворителя. В принципе не исключены ситуации, когда даже небольшой предпочтительности в энергии одной из форм окажется достаточно для реализации структуры всего полипептида. Или, напротив, исходя из общей энергии молекулы, оптимальной может стать конфигурация пептидной связи, имеющая несколько большую (в изолированном состоянии) величину энтальпии. Например, поли-?-пролин в неполярных средах содержит пептидные группы в цме-форме (полипролин I), а в полярных — транс-форме (полипролин II). В тех же условиях у его ближайшего конформацион-
415
ного аналога поли-Ы-метил-?-аланина пептидные группы реализуются только в транс-форме. Согласно результатам теоретического анализа, разность в энергии цис- и гарянс-полипролина невелика (0— 1,5ккал/моль в пользу последнего) и, как показывает эксперимент, может перекрываться влиянием растворителя [197].
Трянс-конфигурация пептидной связи в белках, как правило, выгоднее цис- и в электронном, и конформационном отношениях. При цнс-конфигурации связи С'—N неблагоприятные контакты могут возникнуть между атомами Са и боковыми цепями смежных остатков
(рис. Ш.23). Поэтому она, согласно данным Т. Крейтона, встречается более чем в 103 раз реже транс-конфигурации связи [197]. Если же последующим остатком в аминокислотной последовательности является Pro (рис. 111.24), то величины свободной энергии двух форм пептидной связи практически выравниваются и вероятность реализации транс-конфигурации превышает цис- всего лишь в четыре раза. Следовательно, наличие в трехмерных структурах белков цыопептидных связей, особенно на участках X—Pro, не должно представляться чрезвычайным по своей исключительности событием [198, 199].
При свертывании белка в условиях in vitro неизбежно возникновение ситуации, когда одна часть свертываемых цепей будет иметь пептидные связи в конфигурациях, отвечающих правильной нативной конформации, а другая — нет. Дж. Брандте и соавт. [200] показали, что цмс-гарянс-изомеризация пептидной связи вблизи пролина является медленным процессом. Полупериод его составляет 20 мин при 0° и уменьшается в ~ 3,3 раза при увеличении температуры на каждые 10°. В связи с этим в искусственных условиях белковые цепи свертываются тем дольше, чем больше в их последовательностях остатков Pro [201]. В некоторых случаях ренатурация приводит к окончательной нативной конформации с неправильными конфигурациями отдельных пролиновых пептидных связей [202].
