Молекулярная биология. Структура и функция белков - Степанов В.М.
ISBN 5-06-002573-Х
Скачать (прямая ссылка):
Еще не так давно способность выступать в качестве биологических катализаторов представлялась настолько значимой особенностью белков, что их иные функции невольно отодвигались в тень и выгляделй если не второстепенными, то во всяком случае нетипичными, маргинальными. Бесспорно, в таком подходе отражались как состояние знаний, свойственное совсем недавнему времени, так и- действительно выдающееся значение биологического катализа. Нет также сомнения в том, что анализ соотношения строения и функциональных свойств ферментов до сих пор остается чрезвычайно важным и очень продуктивным направлением исследований. И все же нельзя не заметить, что результаты последних лет выявили множество новых аспектов функционирования белков как регуляторов биологических процессов — не только обмена веществ, но также роста и развития — как участников системы коммуникаций, которые объединяют биологические молекулы, органеллы, клетки, ткани, органы в единую управляемую систему. По существу, открылся новый мир белков, и необходимо не только их описание, но и понимание способов действия столь разнообразных молекул.
Функция белка всегда индивидуальна, однако могут быть выделены некоторые общие принципы молекулярных механизмов действия белков, поскольку в них заложены такие фундаментальные этапы, как узнавание того или иного партнера, формирование единой структуры комплекса, в которой так или иначе проступают черты взаимодействующих молекул, действие высокоорганизованных ансамблей функцио-
5
нальных групп, организация микроокружения, глубоко влияющего на природу протекающих химических превращений, передача эффектов внутри молекулы или надмолекулярного комплекса и т.д.
Проблематика химии и биохимии белка изменилась еще и потому, что методический прорыв, связанный с развитием генной и белковой инженерии, открыл не только широкие возможности направленной реконструкции белков, но и показал перспективу создания белковых структур, в том числе и наделенных той или иной функцией de novo (с самого начала), не копируя достижения природы, а конструируя их заново. Разумеется, в этом скрыта уникальная возможность глубокой проверки истинности знания, приобретенного трудом нескольких поколений исследователей, и вместе с тем перспектива новых достижений,. научную и социальную значимость которых трудно переоценить.
ГЛАВА 1 -АМИНОКИСЛОТЫ
* »
Qt-Амщокцслотпы — мономера, из которых построены пептиды и белки. Лишь двадцать аминокислот — так называемые белковие аминокислоты — встраиваются в полипептидную цепь в ходе трансляции. В дальнейшем в результате реакций посттпрансляциокной модификации некоторое из них превращаются в другие аминокислотные остатки (например, цистеин — в цистин, серин — в фосфосерин и т.п.). В при-' роде встречается гораздо . большее число аминокислот. Например, множество "небелковых'* аминокислот содержится в пептидных антибиотиках, синтез которых протекает по нематричному механизму, целый ряд "небелковых" аминокислот участвует в процессах обмена. Таковы, в частности, гомосерин, аргининянтарная кислота, полуальде-гид аспарагиновой кислоты — промежуточные продукты биосинтеза белковых аминокислот, азетидинкарбоновая кислота —г обычный компонент клеточного сока растений и т.д.
СН2 СНО
К У*2 к
СН |
| nh2-ch-cooh
СООИ
Аэетидин- Полуальдегид
карбоновая аспарагиновой
кислота кислоты
В данной главе будут кратко рассмотрены химические свойства белковых о-аминокислот (табл. 1.1). Нередко возникает вопрос, чем обусловлен именно такой набор белковых аминокислот, который выработан в ходе эволюции и универсален для всех ныне живущих организмов. Разумеется, однозначного ответа дать невозможно, тем более что выбор мог диктоваться возможностью биосинтеза той или иной структуры. Однако очевидно, что набор боковых групп белковых \ аминокислот должен быть достаточно разнообразен.
Аминокислотные остатки с гидрофобными цепями различной гео-
7
метрии позволяют сформировать компактное внутреннее ядро, Стабилизирующее структуру белка, Организовать гидрофобные контакты с его лигандами. Глицин, лишенный бокового радикала, не заменим при сближении пептидных цепей, обеспечивает их повороты. Гидрофильные нейтральные аминокислоты — серин, треонин, аспарагин, глутамин — участвуют в образовании системы водородных связей, обеспечивают гидратацию белка.
Боковые цепи, содержащие ионогенные группы (остатки глутаминовой и аспарагиновой кислот, гистидина, лизина и аргинина), помимо образования водородных связей участвуют в ионных взаимодйствиях как внутри белка, так и с другими молекулами. Остатки цистеина открывают возможность участия белка в окислительно-восстановительных процессах, а также служат предшественниками остатков цистина, образуя дисульфидные мостики — дополнительные факторы стабилизации белковой структуры.
