Биологический каталог




Основы биохимии

Автор Ю.Б.Филиппович

ми. Подавляющее число природных белков относится к корпускулярному типу.

По отношению к некоторым условно выбранным растворителям среди белков различают протеиноиды, альбумины, глобулины и проламины.

К иротеиноидам относят белки, не растворяющиеся в обычных растворителях белков: воде, солевых и водно-спиртовых смесях. Данное качество присуще почти всем фибриллярным белкам. Однако в специфических агентах протеиноиды хорошо растворяются: так, например, фиброин шелка полностью переходит в раствор при обработке дихлоруксусной кислотой, безводной плавиковой кислотой, концентрированным раствором роданида лития или бромида калия и т. п.

80

К альбуминам причисляют белки, отлично растворяющиеся в воде и крепких солевых растворах; в последнем случае принимают, что для альбуминов характерна растворимость в водном растворе (NH4.)2S04., где концентрация сульфата превышает 50% от насыщения. При переходе к очень концентрированным растворам (NH4.)2S04, вплоть до полностью насыщенных, альбумины высаливаются.

К глобулинам принадлежат белки, не растворимые в воде, но растворимые в солевых растворах умеренных концентраций. Характерным признаком глобулинов считают их полное осаждение при полунасыщении раствора (NH4)2S04.

Проламины представляют группу белков, растворимых в 60—80%-ном водном растворе этилового спирта.

По аминокислотному составу некоторые белки отличаются своеобразием, и это тоже дает основание делить их на группы. Так, белки, содержащие в составе молекулы 80—90% арг и ограниченный набор (6—8) других аминокислот, относят к группе протаминов (простейшие белки). Они широко представлены в молоках рыб. Типичным представителем их является, например, сальмин из молок семги, содержащий (в %) 85,2 арг, 9,1 сер, 5,8 про, 3,1 вал, 3,0 гли, 1,6 иле, 1,1 ала и лишенный всех других аминокислот, обычно встречающихся в белках. Другая группа белков со своеобразным аминокислотным составом—гистоны. Эти белки отличаются высоким содержанием основных аминокислот: арг, лиз и гис (не менее 30%) и в значительных количествах содержатся в ядрах клеток. Спирторастворимые белки—проламины—также имеют характерный аминокислотный состав: в них много глу (20—50%) и про (10—15%), в связи с чем они и получили свое название. Проламины выделены только из растительных объектов.

Приведенная классификация крайне несовершенна. В ее основу положены случайные признаки, зачастую приводящие к противоречиям' и путанице. Например, деление белков на простые и сложные с развитием аналитических методов и уточнением состава белковых тел все более затрудняется, так как тонкий анализ во многих случаях позволяет обнаружить в составе типичных простых белков незначительные, но стабильные примеси соединений, не являющихся аминокислотами (металлы, аминосахара и др.). Яичный альбумин, например, долгое время считали типичным простым белком, но недавно в нем найдено около 2% маннозы. К глобулинам, как было указано выше, относят белки, не растворимые в воде и высаливающиеся при 50%-ном насыщении раствора (NH4)2S04. Однако существует большая группа белков, растворимых в воде, как альбумины, но высаливающихся, как глобулины (их называют псевдоглобулинами). Число таких примеров можно было бы умножить. Поэтому предприняты попытки, основываясь на успехах химии и биохимии белков, дать им научно обоснованную классификацию.

Первая попытка состоит в классификации белков в соответствии с особенностями их вторичной и третичной структуры. Согласно этой классификации среди глобулярных белков выделяют 4 класса: а, Р, а+Р и а/р. К классу ос-белков относятся глобулярные белки, содержащие только а-спиральные конформации в количестве не менее 60% от составляющей их полипептидной цепи; к классу р-белков—содержащие только Р-структуры в виде, как правило, не менее двух антипараллельных цепей; к классу а+Р-белков—содержащие те и другие структуры в пределах одной и той же полипептидной цепи, причем один домен собран из ос-структур, а другой—из Р-структур; к классу а/Р-белков—содержащие многочисленные а- и Р-структуры, либо чередующиеся вдоль полипептидной цепи, либо расположенные так, что один или несколько р-слоев окружены несколькими ос-спиралями каждый. Домены у ос/р-белков составлены, как правило, из а- и Р-структур (рис. 40).

81

А

Миовлобин РуВредоксин Рибонуклваза Траозофасфатизатраза (а-белок) (fi-белок) (сс+Д-белак) (a/ft-белок)

Миоевмэритрин Зрйбутоксин Флабодоксин

(а-белок) (р-белок) (а//3-белок)

Рис. 40. Классификация глобулярных белков в соответствии с представительством и расположением в их молекулах а- и Р-структур:

А—расположение а* и Р-структур (обозначены кружками и прямоугольниками соответственно) в о>, Р-, а+р- и а/В-белхах, стрелками указан ход полипептидиой цепи от N-конца к С-ковцу молекулы; миоглобнн—белок мышц, ответственный за связывание кислорода; рубредокснн—желеэопротеин, принимающий участие в окислительно-восстановительных процессах; рибонуклеаза—фермент, ускоряющий реакцию гидролиза рибонуклеиновых кислот; триозофосфатизомераза—фермент, катализирующий превращение фосфоглицеринового альдегида в фосфодиоксиапетон; Б—строение трех представителей а-, р- и а/р-белков, где а-структура представлена в виде спиралей, а р-структура—в виде стрелок; миогемэрнтрин—желеэопротепн, связывающий, подобно миоглобину, кислород (два атома железа показаны заштрихованными кружками, расположенными между двойными а-спиралями), эрабутоксин—нейротоксив белковой природы, выделенный из яда морской змеи (пунктиром показаны 4 дисульфиды ых мостика в его молекуле, представленной полипептидной цепью из 61 аминокислотного остатка); флаводоксия—белок, выполняющий роль переносчика атомов водорода (в головной части рисунка показана в виде трех конденсированных шесгичленных колец группировка, ответственная за передачу атомов водорода)

Большинство оцененных с этой точки зрения глобулярных белков относится к ос/р-классу, которому по численности лишь немного уступает р-класс; а-класс и а+Р-класс глобулярных белков менее распространены, чем два первых. Следует иметь в виду, что есть крайне немногочисленные глобулярные белки, полностью лишенные какой-либо канонической вторичной структуры и не относящиеся ни к одному из отмеченных выше классов.

Вторая попытка сводится к классификации белков в соответствии с выполняемыми ими функциями. По этой классификации среди белков выделяют следующие группы: 1) каталитически активные белки; 2) белки-гормоны; 3) регуляторные белки; 4) защитные белки; 5) токсические белки; 6) транспортные белки; 7) структурные белки; 8) сократительные белки; 9) рецептор-ные белки; 10) белки-ингибиторы ферментов; 11) белки вирусных оболочек; 12) белки с иными функциями.

Конечно, деление белков на поименованные выше группы представляет классификацию, еще далекую от совершенства, и в случае бифункциональных белков приходится отдавать предпочтение одной, естественно, главной функции. Но в каждой из перечисленных уже удается подметить некоторые черты общности структуры, свойств и функциональной активности включенных в ее состав конкретных белков. Это позволяет более глубоко понять соотношение

82

структуры и функции в белковых молекулах, открывает возможности для обобщения материалов, касающихся взаимодействия белков с соединениями других классов (нуклеиновыми кислотами, липидами и др.), дает основание для обсуждения закономерностей эволюции белковых тел, структурных и генетических основ их видовой специфичности и других насущных для химии белков и биологии в целом проблем.

ХАРАКТЕРИСТИКА ОТДЕЛЬНЫХ ГРУПП БЕЛКОВ

Каталитически активные белки. Массовая расшифровка первичной и четвертичной структур каталитически активных белков (ферментов) и исчерпывающие сведения о третичной структуре некоторых из них позволили прийти к обобщениям, касающимся специфики строения белков, относящихся к этой группе, и связи последней с каталитической функцией этих белков. Не вдаваясь в детали (см. гл. III), отметим, что специфика строения ферментов сводится к следующему.

а-Спиральная и Р-складчатая структуры, представленные в том или ином количестве в их молекулах, тесно прилегая друг к другу и чередуясь, упаковываются в блоки, обладающие функциональной активностью. Даже неупорядоченные фрагменты полипептидной цепи частично, но своеобразно, структурированы, образуя, например, ю-петли и другие квазиструктурные элементы. Радикалы аминокислот, несущие заряды, направлены, как правило, к поверхности глобулы, и только те из них, которые имеют функциональное значение и ассоциированы с другими полярными радикалами, ориентированы внутрь глобулы. В противоположность этому на поверхности глобулы обнаруживается ограниченное число гидрофобных радикалов аминокислот; большинство из них обращено внутрь молекулы, где они объединяются в одно или несколько гидрофобных ядер.

У многих белков-ферментов указанные ядра сходны и служат, если их несколько, центрами для формирования двух- или многоядерной белковой глобулы. Так построены многие ферменты-мономеры (см. рис. 34, структура рибонуклеазы и лизоцима). На границе двух (или более) оформленных или отчетливо не выраженных частей молекулы фермента располагается активный центр, локализованный в щели или впадине. Глубина, форма и размеры последней соответствуют пространственной структуре субстрата, чем обеспечивается специфичность действия каталитически активных белков.

Структура самого активного Центра организована столь тонко, что делает возможным строго координированное в пространстве и во времени осуществление каталитического акта. Большинство ферментов располагает аллостери-ческими центрами, которые служат для контакта с аллостерическими регуляторами их активности. Большая часть каталитически активных белков обладает четвертичной структурой, которая в значительной мере предопределяет способность ферментов образовывать изоферменты; с изучением последних связана новая и увлекательная область ферментологии.

Перечисленные основные особенности строения ферментов показывают, что между структурой их молекул и способностью ускорять протекание соответствующих химических реакций существует теснейшая взаимосвязь, характерная именно для этой обширной группы белковых тел.

Белки-гормоны. Характерной особенностью этой группы белков является способность воздействовать на фундаментальные механизмы регуляции обмена веществ: проницаемость клеточных мембран и биосинтез вторичных посредников.

83

Изучены структура и биологическая активность нескольких десятков белковых гормонов (см. гл. XII). Молекулярные массы подавляющего* их числа лежат между 20 ООО и 30 ООО Да. Самой важной особенностью белковых гормонов является наличие в составе их полипептидных цепей относительно небольших фрагментов (до нескольких десятков аминокислотных остатков), которые являются носителями гормональной активности, тогда как остальная часть полипептидной цепи несет какие-то иные функции, в частности видоспе-цифические. В составе белковых гормонов выявлены якорные площадки, обеспечивающие их соединение с рецептором гормона. Их вторичная структура дополняет или продолжает таковую рецептора гормона, в результате чего возникает комплементарно завершенный комплекс, необходимый и достаточный для формирования биологического сигнала.

Регуляторные белки. Исследование группы регуляторных белков осуществляется в последние годы необычайно интенсивно, так как их функциональная активность связана с репрессией и дерепрессией генома и регуляцией таких важнейших процессов, как рост, развитие и морфогенез растений и животных.

Одной из наиболее изученных подгрупп указанных белков являются гисто-ны (см. с. 81), локализованные в хроматине клеточных ядер, где они ассоциированы с ДНК. Гистоны, входящие в состав хроматина, не отличаются большим разнообразием и отнесены к пяти видам, которым различные авторы в разное время присвоили те или иные названия или индексы (табл. 9).

Таблица 9

Классификация, номенклатура и физико-химическая характеристика гистонов

Номенклатура Отношение лю арг Молекулярная масса Число аминокислотных остатков

историческая по Иван и др. по Джонсу и Батлеру по Рассмус-сену и др. современная предполагаемая по IUPAC Лизиновые Богатые ала,

очень богатые лиз Я I HI КАР 20 21000 215

Умеренно лизиновые Богатые лей f2a ИМ Н2а LAK 1,2 14500 129

Богатые сер fib 1162 ть KAS 2,5 13800 125

Аргининовые Богатые глу и арг /з III нз ARE 0,7 15300 135

Богатые гли и арг flal IV Н4 GRK 0,8 11300 102

Примечание. Трехбуквенная номенклатура гистонов основана на перечислении в их составе трех преобладающих аминокислот (в порядке убывания), где А—аланин, G—глицин, Е—глутаминовая кислота, К—лизин, L—лейцин, Р—пролин, R—аргинин, S—серии. Однако, несмотря на наглядность, она пока не получила распространения.

• Первичные структуры гистонов из различных биологических объектов (эритроциты цыпленка, семенники карпа, зобная железа свиньи, теленка и быка, семена гороха и многие другие) выяснены и внутри каждого вида гистонов оказались весьма сходными, более того—консервативными, за исключением, пожалуй, гистона HI, варьирующего как по молекулярной массе, так и по последовательности аминокислотных остатков.

Что касается вторичной и третичной структур гистонов, то они характеризуются присутствием коротких а-спиральных участков и доминированием неупорядоченной полипептидной цепи, образующей на участках, богатых

84

основными аминокислотами, растянутую 'спираль с 2,5 аминокислотными остатками на виток и шагом в 0,8 нм.

Соединяясь с ДНК ионными связями и силами слабых взаимодействий, гистоны стабилизируют ее структуру. Естественно, что дестабилизация ДНК, необходимая для проявления ее матричной активности, осуществима лишь при ослаблении (в силу тех или иных причин) связей между ДНК и гистоном, чем и определяется регуляторная роль гистонов в функционировании генома. Согласно современным данным, первый уровень структуры хроматина реализуется в виде нуклеосом (см. гл. VI).

Другая подгруппа регуляторных белков, также локализованная в хроматине ядра клетки,—иегистоновые белки. Они изучены в гораздо меньшей степени, чем гистоновые. Эти белки крайне гетерогенны, так как при их фракционировании методами электрофореза и изоэлектрофокусирования в полиакри-ламидном геле обнаружено около 500 полипептидов с молекулярными массами от 5000 до 200000 Да. Некоторая часть негистоновых белков активно участвует в дерепрессии генома, препятствуя образованию суперспирализован-ной ДНК на тех ее участках, где они присоединились в S-периоде цикла деления клетки.

Негистоновые белки группы высокой подвижности (HMG-белки), изученные в последние годы достаточно подробно, способствуют присоединению гистонов к ДНК, формированию нуклеосом и взаимодействию с хроматином гормон-рецепторных комплексов.

Перечень регуляторных белков, равно как и данные о соотношении их структуры и функций, непрерывно расширяются. К категории регуляторных белков относят: более десятка белков

страница 14
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84

Скачать книгу "Основы биохимии" (16.9Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(13.12.2017)