Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
Отверстие тора, свободное от боковых цепей остатков, имеет диаметр около 28 А, так что вхождение в него двойной спирали ДНК в В-форме не должно сопровождаться стерическими затруднениями.
114
Т а б л и ц а 1.8
Вторичные структуры N-концевою фрагмента ДНК-топонзомеразы I (рис. 1.28)
Домен а-Спираль 3-Структура IJ Домеи а-Спираль 0-Структура
I А. С, D, Е 1-4 Ш I, J, К, L, М -
П Н 5-12 IV В, F, G, N, О, 13, 14
Р, Q, R
Укладка эффективно взаимодействующих между собой доменов I, III и IV привела к образованию большой субстратсвязывающей щели и еще одного отверстия в непосредственной близости от главного отверстия тора и активного центра с аминокислотным остатком Туг-319. Второе отверстие имеет небольшой диаметр, однако достаточный для прохождения единичной цепи ДНК (рис. 1.29).
Общепринятой стала точка зрения, что возникновение по ходу эволюции новых сложных белков происходит путем слияния предсущест-вующих [431, 432]. При этом трехмерная структура мультидоменного белка представляется ансамблем в значительной мере независимых глобулярных доменов, ранее существовавших как индивидуальные белки, а аминокислотная последовательность - набором полипептидных цепей доменов, в которых С-конец предшествующего соединен с 14-концом последующего. Такому способу образования сложных белков никак не соответствует структурная организация ДНК-топоизомеразы, ход полипептидной цепи которой нельзя представить в виде последовательного и независимого образования доменов.
Сборка аминокислотной последовательности фрагмента 67, по-видимому, начинается с N-концевого домена I, состоящего из непрерывного полипептидного участка (рис. 1.30). Затем, вместо того, чтобы сразу направиться к домену II, цепь следует к домену IV и только потом идет к II, завершив, однако, образование IV лишь на одну треть. Далее, поучаствовав и здесь в построении только одной половины домена II, цепь переходит к домену III. По завершении его организации она вновь возвращается сначала к домену II, а затем к IV, заканчивая их построение. При описанном ходе аминокислотной последовательности все взаимодействия домена III с доменами I и IV ограничены невалентными контактами (рис. 1.28, 1.30). Ковалентно связанные между собой домены II, III, полипептидная цепь которых не переплетается с цепью других доменов, могут перемещаться как твердое тело относительно остальной части белка. Такая структурная организация молекулы фермента с двумя формами тора (открытой и закрытой) имеет, по мнению авторов, решающее значение для реализации функции ДНК-топоизомеразы типа I, так как перемещение доменов II и III открывает доступ к активному центру как одноцепочечной, так и двухцепочечной ДНК [426].
Предположение о необходимости значительных конформационных изменений молекулы ДНК-топоизомеразы в процессе образования невалентного комплекса Михаэлиса подтверждается и рядом других, не менее убедительных структурных особенностей фермента.
115
Домен II
Домен I
Рис. 1.28. Ленточная диаграмма трехмерной структуры N-концевого фрагмента ДНК-топоизомеразы типа I [426]
Рис. 1.29. Активный центр ДНК-топоизомеразы типа I, образованный доменами I и Ш
Пунктиром отмечены водородные связи [426]
Домен I
Рис. 1.30. Ход полипептидной цепи N-концевого фрагмента ДНК-топоизоме-разы типа I
III
IV с
N
N
с И
Одна из них касается каталитически наиболее важного остатка Туг-319. Он принадлежит домену III и расположен рядом с субстрат-связывающей цепью. В нативном ферменте Туг-319 помещается в узкой расщелине между доменами I, III и экранирован от контактов с внешней средой белковой цепью Arg-321, образующей солевой мостик одновременно с боковыми цепями Asp-113 и Glu-115. Переход от закрытой формы молекулы к открытой не только делает возможным проникновение ДНК во внутреннюю часть тора, но и выводит остаток Туг-319 на поверхность, предоставляя ему условия для сближения с нуклеотидной цепью субстрата и атаки на фосфодиэфирную связь. Перемещение доменов II, III как целое стимулируется невалентными взаимодействиями белок-ДНК, поскольку такой кофактор, как АТР, в данном случае отсутствует. Это обстоятельство отличает ДНК-топоизомеразы типа I от типа II, катализ которых также связан с конформационными изменениями, требующими, однако, участия АТР.
В работе, посвященной трехмерной структуре N-концевого фрагмента ДНК-топоизомеразы I, авторы большое внимание уделяют описанию многих деталей механизма каталитического акта [426]. Однако этот материал, как и в других подобных исследованиях, имеет феноменологический характер [433]. Значение данных рентгеноструктурного анализа ферментов, очевидно, не в том, чтобы подстраивать под них существующие умозрительные схемы катализа или придумывать новые. Они ценны своей научной потенцией, возможностью использования в качестве уникальной экспериментальной основы априорного подхода к количественному описанию каталитического акта как спонтанно протекающего процесса [434].
