Молекулярная биология. Структура и функция белков - Степанов В.М.
ISBN 5-06-002573-Х
Скачать (прямая ссылка):
ai/?3 и /?4, причем доля каждой из этих множественных форм (заметим, что это далеко не единственная причина появления множественных ^форм белков) определяется относительным содержанием субъединиц а и 0.
Типичным примером являет-
ся лактатдаидрогеназа человека, построенная из четырех субъединиц. Последние могут быть двух типов: М- (от англ. muscle — мышечная) субъединица, преобладающая в гладких мышцах, и Н- (от англ. heart — серДечная) субъединица, преимущественно синтезируемая в сердечной мышце. Для лактат дегидроген азы возможен следующий набор множественных форм: М4, М3Н1, М2Н2) М1Н3, Н4. Заметим, что множественные формы, различия между которыми обусловлены генетически, а не вызваны посттрансляционными модификациями или повреждением белка, принято называть изоформами. Разница в первичной структуре субъединиц отражается на соотношении катионных и анионных групп, что приводит к различиям в заряде изоформ и позволяет легко разделить их методом электрофореза. Такой анализ изоферментного состава лактатдегидрогеназы крови позволяет следить за поступлением в кровь лактатдегидрогеназы некоторых органов, в частности сердца при развитии соответствующей патологии, Например при. некрозе сердечной мышцы. В последнем случае возрастет содержание изоформ, обогащенных Н-субъединицей. Этот подход нашел применение в медицинской диагностике и биохимической генетике.
г 7.2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МЕЖДУ СУБЪЕДИНИЦАМИ, СТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ ЧЕТВЕРТИЧНУЮ СТРУКТУРУ
4 UV : ' <• ¦ 1 • • %
Межсубъединичные контакты, которые определяют существование четвертичной структуры, представляют собой весьма развитую систему нековалентных взаимодействий. Ковалентные дисульфидные связи весьма редко используются для стабилизаций четвертичной структуры (например, они соединяют легкие и тяжелые, цепи в иммуноглобулинах), причем даже в этих случаях они играют подчиненную роль, дополняя нековалентные контакты.
В организации сети межсубъединочных контактов важная роль принадлежит водородным связям. Очень часто система таких связей соединяет в одну очень протяженную структуру 0-складчатые листы контактирующих субъединиц. Бели на поверхность субъединицы выходит крайний отрезок, /^-складчатого листа, то такой же отрезок будет занимать Соответствующее положение в другой субъединице. Ловорот последней на 180° позволит сблизить упомянутые отрезки так, что между ними установится характерная для антипараллельной /2-струк-1 туры система водородных связей. Например, в четвертичной структуре алкогольдегидрогеназы лошади, фермента, катализирующего превращение различных спиртов в .альдегиды, две субъединицы, контактируя, образуют протяженный /^-складчатый слой, который состоит из 12 пептидных отрезков. В зоне контакта в общей сложности устанавливается 8 водородных связей между С=0- и N—fl-группами главной цепи:
Субъединица 1 Субъединица 2
Arg-312 c=o • • • Gly-316
Тгр-314 c=o- • • Trp-314
Тгр-314 N-H *•• • • • 0=C Trp-314
Gly-316 N-H•• • Trp-312
Leu-301 N-H•¦• • • • 0---С Met-303
Leu-301 C=0 • » . . • . н-N Met-303
Met-303 N-H•• • Leu-301
Met-303 0=0 • • • . . . h-N Leu-301
В дополнение к этой системе могут возникать и отдельные водородные связи между функциональными группами разных субъединиц.
Как ни значима роль водородных связей, сами по себе они не смогли бы обеспечить поддержание достаточно устойчивой четвертичной структуры, особенно в водных растворах. Как и при образовании
153
третичной структуры, большое значение имеют при этом контакты между гидрофобными группами и целыми гидрофобными участками на поверхности взаимодействующих субъединиц. Уже упоминалось, что окол^ половины гидрофобных аминокислотных остатков локализовано в поверхностном слое белка, поэтому возникновение таких контактов вполне объяснимо. Так, четвертичная структура алкогольдегидрогена-зы кроме водородных связей стабилизируется гидрофобными контактами, в которых со стороны каждой из двух субъединиц участвуют два остатка метионина, один — лейцина, три — изолейцина, два — пролина, один — триптофана, в общей сложности 18 остатков, размещенных на площади 600 А2. Гидрофобные боковые группы этих остатков в изолированной субъединице имели бы термодинамически невыгодные контакты с водой, упорядочивая ее структуру. Поэтому формирование межсубъединичного контакта приводит к возрастанию энтропии системы, и равновесие оказывается сдвинутым в сторону олигомера.
Сочетание системы водородных связей и гидрофобных контактов делает очень прочным связывание субъединиц алкогольдегидрогеназы. Диссоциация четвертичной структуры этого белка достигается только в 8 М мочевине.
Межсубъединичные контакты нередко содержат ионные пары, в которых устанавливаются электростатические взпимодеиствия между противоположно заряженными функциональными группами субъединиц, например между карбоКсилат-ионамй остатков глутаминовой и аспарагиновой кислот и катионными группами боковых цепей лизина или аргинина. При этом вовсе не обязательно образование только ионцых пар — нередко возникают целые системы, кластеры пространственно сближенных разноименных зарядов. Исключение воды из межсубъединичного контакта делает такие взаимодействияг не слишком устойчивые на поверхности белка, весьма значимыми.
