Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
Таким образом, белок - это активное начало всего живого, а его способность к структурной организации собственной аминокислотной последовательности и других молекул является элементарным фундаментальным качеством живой материи, которое обусловливает специфические особенности биологических систем всех последующих уровней. Своеобразие белков особенно отчетливо проявляется при сопоставлении с молекулами другого важнейшего класса природных соединений, дезоксирибонуклеиновых кислот. Если белок является активным началом живой материи, то ДНК следует отнести к ее потенциальному началу, которое, однако, молекула нуклеиновой кислоты не в состоянии самостоятельно реализовать ни в отношении собственной пространственной формы, ни в отношении своей функции.
108
Любая биологически целенаправленная активация ДНК происходит только под воздействием белков и при их непременном участии на всех стадиях последующего процесса. Проявление функциональных свойств ДНК немыслимо без участия множества различных так называемых ДНК-связывающих белков. В эукариотических клетках они традиционно подразделяются на две группы - гистоновые белки, участвующие в создании определенной структуры ДНК внутри клеточного ядра, и не-гистоновые белки, обеспечивающие биосинтез РНК. Ниже рассматриваются результаты рентгеноструктурного анализа гистонов и |3-галактозидазы, представителей обеих групп ДНК-связывающих белков.
Структура гистонового кора нуклеосомы. Гистоны объединяют пять разновидностей небольших структурных белков HI, Н2А, Н2В, НЗ и Н4, аминокислотные последовательности которых содержат соответственно 220, 128, 124, 134 и 102 остатков. Они обеспечивают плотную упаковку двойной спирали ДНК, которая в растянутом состоянии имеет большую длину. Например, в каждой хромосоме человека она составляет в среднем около 5 см. Поэтому компактизация ДНК с помощью гистонов необходима прежде всего для упорядоченного расположения длинной двухцепочечной полинуклеиновой кислоты в небольшом объеме клеточного ядра. Однако не только для этого: характер упаковки ДНК влияет на активность соответствующих участков генома. Следовательно, его гистоновая структурная организация является одним из способов регуляции и контроля транскрипции РНК с ДНК. Аминокислотные последовательности гистонов содержат около четверти положительно заряженных остатков Lys и Arg, что позволяет им эффективно связываться с двойной спиралью ДНК, независимо от ее нуклеотидного состава.
Гистоны, особенно Н2А, Н2В, НЗ и Н4, относятся к самым консервативным из известных белков. В табл. 1.7 сопоставлены скорости изменений аминокислотных последовательностей ряда белков и гисто-на Н4 на протяжении эволюционного времени. Приведенные цифры позволяют считать, что в гемоглобине вредными оказываются примерно четыре из каждых пяти случайных аминокислотных замен, в
Т а б л и ц а 1.7
Скорости изменения аминокислотных последовательностей белков на протяжении эволюционного времени [401]
Единица Единица
Белок Белок
эволюционного эволюционного
времени, млн. лет времени, млн. лет
Фибринопептид 1,2 Цитохром с 21,0
Гемоглобин 6,1 ГисгонН4 600,0
Единица эволюционного времени - среднее время, необходимое для того, чтобы в данном белке на каждые 100 его аминокислотных остатков могла появиться одна приемлемая замена.
109
цитохроме с - 17 из каждых 18, в гистоне же Н4 невредных замен практически нет. Поскольку все пары оснований ДНК подвержены случайным мутациям в равной мере, то эволюционная стабильность гистонов предполагает их чрезвычайно ответственную роль в организации и функционировании генетического аппарата.
Гистоны составляют около половины массы хромосомы, где они участвуют в организации нескольких уровней упаковки двойной спирали ДНК. Вместе с другими белками гистоны образуют с ДНК комплексы, названные хроматином. Впервые Р. Корнберг в 1974 г. выделил повторяющуюся структурную единицу хроматина и вместе с Дж. Томасом установил, что она состоит из белковой сердцевины октамерного кора, содержащего по две молекулы каждого из гистонов Н2А, Н2В, НЗ и Н4, и фрагмента двойной спирали ДНК [402, 403]. Р. Симпсон предположил, что двухцепочечная ДНК закручена вокруг гистонового кора и образует два витка суперспирали из 165 пар оснований [404]. Позднее эта цифра была исправлена А. Клагом и соавт. на 146 [405]. Обнаруженная структурная единица хроматина получила название нуклеосомы [406]. Исследования гистонового кора с помощью различных физико-химических методов показали, что октамер представляет собой гетерогенный белковый ансамбль (Н2А-Н2В-НЗ-Н4)2, состоящий из трех структурных субъединиц: тетрамера (Н3-Н4)2 и двух димеров (Н2А-Н2В). Двойная спираль ДНК в хроматине тянется как непрерывная нить от одной нуклеосомы к другой. Расположенные между нуклеосомами линейные линкерные участки ДНК имеют разную длину, которая обычно невелика и в среднем составляет 60 нуклеотидов. Нуклеосомная нить определяет более высокие уровни компактизации хроматина. В конечном счете, он предстает в электронном микроскопе в виде так называемой ЗОнм-хроматиновой фибриллы.
