Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
Ранее было показано, что остатки Glu-461, Met-502, Туг-503 и Glu-537 должны играть важную роль или непосредственно в самой каталитической реакции, или в построении активного центра [436,437]. Действительно, в найденной пространственной структуре фермента они оказались сближенными друг с другом и расположенными около глубокой ямы, по-видимому, представляющей собой субстратсвязывающий карман. Формирующие его остатки, как и четыре отмеченные выше остатка, относятся к высококонсервативным.
3.5. БЕЛКИ СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ
К одному из самых удивительных свойств белков, не проявляющихся у других соединений, относится их способность к макроскопическому, т.е. значительно превышающему размеры собственных молекул, перемещению. Оно обусловлено наличием у ряда белков, получивших название аллостерических, нескольких энергетически наиболее предпочтительных и легко переходящих друг в друга конформаций, чувствительных к изменению внешней среды и избирательно
119
Саркомер ~ 2,5 мкм Ри с- 131- Схема строения
Н саркомеры (пояснение в
I-диск А-диск I-диск тексте)
I----------II----------II-----------1
Z-диск Z-диск
Толстый Тонкий
филамент филамент
взаимодействующих с другими молекулами. При потреблении энергии конформационные переходы теряют обратимость и становятся упорядоченными; перемещение обретает направленность и белок совершает полезную работу [438]. Он может, например, "пройти" вдоль тонкой нити филамента, микротрубочки или двойной спирали ДНК. Такими аллостерическими "шагающими" белками, использующими энергию гидролиза АТР, являются ДНК-геликаза, участвующая в репликации ДНК, кинезин и дайнеин, обеспечивающие внутриклеточную подвижность, и мышечный белок миозин, структуре и функциям которого в основном посвящен этот раздел.
Миозин является белком многих качеств. В сокращении скелетных, сердечных и гладких мышц и во внутриклеточных движениях он одновременно выполняет, по крайней мере, три ключевых функции - структурную, аллостерическую и ферментативную. Наиболее полезная информация о функциях миозина была получена при исследовании поперечнополосатых скелетных мышц, сокращающихся произвольно, а также аналогичных тканей беспозвоночных, прежде всего летательных мышц насекомых. Электронно-микроскопическое изучение продольных и поперечных тонких срезов скелетных мышц, впервые проведенное в 1953 г. X. Хаксли, выявило высокий уровень их структурной организации [439]. Уже в следующем году X. Хаксли вместе с Дж. Хенсоном предложили так называемую модель скользящих нитей, которая имела основополагающее значение для понимания природы и молекулярного механизма мышечных сокращений [440]. Скелетные мышцы - это пучки мышечных волокон, наиболее крупным повторяющимся структурным элементом которых является миофибрилла - цилиндрическая нить диаметра 1-2 мкм (1000-2000 А), идущая от одного конца клетки до другого. Миофибрилла, в свою очередь, содержит белковые филамен-ты двух типов: толстые и тонкие. Основной белок толстых нитей - миозин, тонких - актин. Миозиновые и актиновые филаменты в миофиб-рилле строго упорядочены. Функциональной сократительной единицей миофибриллы является саркомера, имеющая длину около 2,5 мкм и разделяющаяся на I- и A-диски (рис. 1.31). Толстые филаменты (длина ~ 1,6 мкм и толщина 0,015 мкм) тянутся от одного края A-диска до другого, а тонкие (длина ~ 1,0 мкм и толщина 0,008 мкм) идут от
120
Z-линии и заходят в промежутки между толстыми филаментами А-диска. При мышечном сокращении каждая саркомера укорачивается пропорционально всей мышце, причем сжимается только I-диск, а плотный A-диск не изменяет своих размеров. Суть модели скольжения филаментов, предложенной Хаксли и Хенсеном, в том, что сокращение миофибриллы, а следовательно, и мышечного волокна происходит в результате скольжения толстых филаментов относительно тонких при сохранении длин тех и других.
Модель скольжения нитей прошла длительную опытную проверку и наиболее убедительно была подтверждена данными прямых методов электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа. Они показали, что укорочение мышцы действительно не сопровождается изменениями собственных длин филаментов и характера их упаковки в саркомере. Развиваемая мышцей сила оказалась пропорциональной степени взаимного перекрывания миозиновых и актиновых нитей и тем самым обусловленной их взаимодействиями на всем перекрывающемся участке. С появлением электронной микроскопии высокого разрешения (вторая половина 1960-х годов; 20-40 А) удалось увидеть множество боковых отростков, образующих поперечные мостики между толстыми филаментами и расположенными на расстоянии ~ 0,013 мкм (~ 130 А) от них тонкими филаментами. Стало очевидно, что относительное перемещение нитей совершается с помощью этих мостиков. Они принадлежат миозину и работают, используя энергию гидролиза АТР, подобно миниатюрным веслам. О том, что АТР присутствует в мышечных волокнах, было известно с 1929 г., поскольку именно из мышц он был впервые выделен К. Ломаном. То, что миозин катализирует гидролиз АТР, т.е. является АТРазой, установили В.А. Энгельгардт и М.Н. Любимова в 1939 г. [441]. Это открытие явилось прямым указанием на источник энергии для сокращения мышц и роль миозина в использовании энергии.
