Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
86
пепсину и другим ферментам данной группы, должна функционировать по типу общего основного катализа. В какой мере ьывод о едином химическом механизме каталитических реакций аспартатных протеиназ подтверждается данными рентгеноструктурного анализа ретровирусных протеолитических ферментов?
В настоящее время известны трехмерные структуры трех аспартатных протеиназ ретровирусов: HIV-1, RSV, BMV и трех комплексов HIV-1 протеиназы с субстратоподобными ингибиторами U-85548e, JG-365 и MVT-101 (табл. 1.1). Все они являются димерами, структурно родственными друг другу и аспартатным протеиназам из других источников. Более того, можно считать, что се известные протеиназы имеют совпадающие по геометрии активные центры (подразумевается непосредственное место сорбции расщепляемой пептидной группировки). На это указывает количественная близость (практически совпадение) в молекулах ферментов расстояний между соответствующими атомами двух функциональных остатков аспарагиновой кислоты (табл. 1.2). Таким образом, следует заключить, что ферментативные реакции аспартатных протеиназ позвоночных, микроорганизмов и ретровирусов имеют одинаковые стартовые условия и, следовательно, должны протекать по одному и тому же, а именно основному, типу катализа.
На рис. 1.18 сопоставлены кристаллографические структуры нативной молекулы HIV-1 протеиназы и ее ингибиторного комплекса, а на рис. 1.19 приведена карта расстояний между атомами С“ (до 10 А) двух ассоциированных молекул протеиназы. Наибольший вклад в стабилизацию димера вносят невалентные контакты двух пар N-концевых (1—8, 101—108) и С-концевых (87—99, 187—199) фрагментов, образующих между собой многочисленные и разнообразные по своей природе контакты (дисперсионные, электростатические и посредством водородных связей). Укладка в процессе димеризации этой плотноупакованной и, по-видимому, наиболее стабильной части HIV-1 протеиназы оказывает значительное и непосредственное влияние на формирование близкорасположенного активного центра. Взаимодействия более 40 аминокислотных остатков четырех концевых фрагментов весьма избирательны. На это указывает, например, отсутствие каталитической активности у димерного комплекса, составленного из смешанных цепей вирусов HTV-1 и HIV-2, имеющих близкую гомологию [385]. Для потери активности оказалось достаточно трех замен в положениях 6, 92 и 95, поскольку на всех других участках, контактирующих в димере, последовательности ферментов двух вирусов совпадают.
В димерном комплексе HIV-1 протеиназы сближены также фрагменты 23—28 и 123—128, которые включают эффективно взаимодействующие между собой трипептидные фрагменты Asp-25— Thr-26—Gly-27 и Asp-125—Thr-126—bly-127 — непременные участники активных центров всех аспартатных протеиназ. Эта контактная область двух молекул дополнительно стабилизируется невалентными взаимодействиями с остатками 7—9, 107—109 и 84—85, 184—185 соответственно N- и С-концевых фрагментов.
Наконец, есть еще одна область межмолекулярных взаимодействий
87
/
Рис. 1.18. Основные цепи нативной HIV-1 протеиназы (жирная линия) и ее комплекса с ингибитором JG-365 (тонкая линия)
О
Ш Ш ш /40
7S0
т
771/
т т
Рис. I.I9. Карта расстояний между атомами С“ молекул HIV-1 протеиназы в димере (темные области соответствуют расстояниям <10 А)
т го jo 4о ее 70 во so
и Г ч»
tl 4 --- t
4
я W
jr
¦
88
димерной HIV-1 протеиназы. Ее составляют два |3-складчатых листа, 45—57 и 145—157, нависающих подобно распластанным крыльям над активным центром и получивших название "флепов" (flap). В нативном состоянии ферментов они не участвуют в стабилизации димерной формы и удерживают свое положение взаимодействиями сближенных по отношению друг к другу пентапептидных участков 48—52 и 148— 152 (рис. 1.18,1.19), а также, по-видимому, за счет контактов с соседним в кристаллической решетке димером. Важную роль флепы играют на стадии образования невалентного комплекса. В процессе фермент-субстратных (ингибиторных) взаимодействий происходит огромная, не имеющая прецедентов в каталитических реакциях других ферментов (во всяком случае, протеолитических) конформационная перестройка значительной части нативной структуры. Она затрагивает не только боковые цепи остатков активного центра, что обычно имеет место, но и основные цепи обеих молекул HIV-1 протеиназы. Наибольшие изменения при комплексообразовании претерпевают как раз участки 45—57 и 145—157. Если судить по смещениям атомов С“, то они составляют около 8,0 А у центральных остатков 50, 51 и 150, 151, постепенно затухая до 1,0 А у концевых остатков |3-структур 45, 57 и 145, 157 (рис. 1.20). Встречные концы флепов смещаются к сорбированной в активном центре молекуле субстрата (ингибитора). Заметные перемещения (2,0—3,0 А), также уменьшающие размеры полости активного центра, синхронно совершают фрагменты 77—81 и 177— 181. Смещения атомов С“ у двух молекул HIV-1 протеиназы в димерном комплексе близки, хотя и не идентичны. Изменения в положениях флепов при образовании комплексов наблюдаются и у других аспартатных протеиназ. Однако, как видно из рис. 1.20, на котором показаны смещения атомов С“ в фермент-ингибиторном комплексе ризопуспепсина, различия здесь менее значительны. Что же касается других участков основной цепи белка, то они практически не реагируют на ассоциацию с ингибитором.
