Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
До недавнего времени единственным мембранным транспортным белком, для которого были известны некоторые детали его трехмерной структуры, полученные с разрешением около 7,0 А, был бактери-ородопсин, обнаруженный в плазматической мембране пурпурной бактерии Halobacterium halobium. Его полипептидная цепь состоит из 248 остатков. В каждой молекуле бактериородопсина имеется одна поглощающая свет простетическая группа - ретиналь, идентичный хромофору родопсина палочек сетчатки глаза у позвоночных. Бактери-ородопсин работает как фотоактивируемый протонный насос. При активации одним квантом света возбужденный хромофор вызывает конформационные изменения в белке, в результате чего два протона переносятся с внутренней поверхности клетки на наружную. В мембране создается градиент концентрации протонов и градиент электрического потенциала, которые обусловливают синтез АТР. Молекулы бактериородопсина в мембране образуют плоскую кристаллическую решетку, подобную двухмерному кристаллу. Р. Хендерсон и П. Анвин [245] использовали для определения трехмерной структуры белка и его ориентации в мембране сочетание методов электронной микроскопии низкой интенсивности (см. гл. 6) и малоуглового рентгеновского рассеяния. В результате рекордной для обоих методов точности идентификации пространственного строения молекулы было показано, что полипептидная цепь бактериородопсина образует в мембране семь а-спиралей, каждая из которых содержит около 30 аминокислотных остатков (рис. 1.7). Все спирали пересекают липидный бислой примерно 60
Липидный
бислой Рис. 1.7. Структура мо-
лекулы бактериородопсина в липидном бислое
под прямым углом к плоскости мембраны. Они плотно упакованы и не оставляют места в канале для молекул воды. Поэтому протоны, по-видимому, проходят через мембрану по цепочке взаимодействующих друг с другом белковых цепей а-спиральных остатков, действие кото-
Значительная часть мембранных белков является рецепторами, т.е. аллостерическими белками, обладающими способностью при взаимодействии с гормонами - специфическими сигнальными медиаторами -определенным образом перестраивать пространственную структуру молекулы. Аллостерическое изменение конформации передается по трансмембранной цепи сопряженных бёлков или доменов одного большого белка внутрь клетки, достигает воспринимающей посланный сигнал системы и стимулирует в ней соответствующий физиологический процесс. Имеющаяся информация о трехмерных структурах рецепторов и других составляющих трансмембранных белков крайне скудна. До недавнего времени удалось получить кристаллы и определить структуру только двух специфических мембранных рецепторов, фоторецепторного центра и порина [246-248]. В 1990-е годы исследования рецепторных белков начинают приобретать систематический характер. Полученные к настоящему времени сведения об их пространственном строении, как показано ниже, относятся не к структурам целых мембранных рецепторов, а лишь к внешним частям молекул, внеклеточным доменам.
Структура комплекса гормона роста человека (hGH) с внешней частью рецептора (hGHbp). А. де Вас и соавт. методом рентгеновской кристаллографии с разрешением 2,8 А установили пространственное строение белкового комплекса лиганда hGH с внеклеточным доменом рецептора hGHbp, взаимодействие которых активизирует рост и метаболизм клеток мышечной, хрящевой и костной тканей [249]. Молекула мембранного рецептора hGHbp состоит из трех пространственно четко разделенных друг от друга частей: внеклеточного, расположенного на внешней стороне мембраны, гормонсвязывающего фрагмента из 246 аминокислотных остатков, пронизывающего липидный бислой трансмембранного сегмента и внутриклеточной части, функция которой пока не ясна. Отсутствует также четкое представление о механизме взаимодействия всех частей между собой и передаче сигнала, следующего за ассоциацией гормона с внешней частью рецептора, внутрь клетки.
Рентгеноструктурный анализ гормон-рецепторного комплекса показал, что внеклеточная белковая цепь молекулы hGHbp образует два хорошо различимых домена, состоящих из фрагментов 1-123 и 128-238, соединенных лабильным участком 124-127. Каждый домен содержит семь (3-тяжей, образующих сэндвичевую структуру. Большое значение в реализации гормональной функции авторы [249] отводят С-концевому октапептидному участку 239-246. При сорбции субстрата он обеспечивает необходимую для образования эффективных невалентных контактов конформационную подвижность двум доменам
61
рецептора. Помимо этого, он способствует сближению внеклеточной части одного рецептора с такой же частью другого и тем самым привлекает два аналогичных внешних домена последнего к связыванию гормона. В результате образуется комплекс hGH(hGHbp)2, в котором оба рецептора взаимодействуют с гормоном практически одинаково, несмотря на то, что два центра связывания молекулы hGH с парами доменов двух рецепторов не имеют полного структурного сходства. Пространственное строение комплекса hGH(hGHbp)2 внешне напоминает комплекс антигена с двумя парами доменов (Fab) иммуноглобулина.
