Биологический каталог




Основы биохимии

Автор Ю.Б.Филиппович

ых факторов, участвующих в репликации ДНК (см. гл. VI); белки, ковалентно связанные с ДНК и РНК вирусов и фагов и инициирующие репликацию нуклеиновых кислот у них; более 50 ядерных белковых факторов, усиливающих или ослабляющих транскрипционные процессы (см. гл. VI), механизм узнавания которыми специфических последовательностей нуклеотидных остатков в молекуле ДНК при посредстве определенных олигопептидных фрагментов в составе белковых транскрипционных факторов все более проясняется; более двух десятков факторов инициации, элонгации и терми-нации, контролирующих этапы сборки полипептидных цепей при биосинтезе белков (см. гл. VII); белки теплового шока (а в более широком понимании— стрессовые белки), возникающие при тепловом и иных стрессовых воздействиях, защищающие клетки от повреждения и восстанавливающие метаболизм в них после снятия физиологического стресса; G-белки (некоторые из них получены в гомогенном виде и охарактеризованы), регулирующие биосинтез циклических аденозин- и гуанозинмонофосфатов—вторичных посредников при передаче гормональных и иных сигналов (см. гл. XIII); онкобелки, противоборство которых с антионкобелками приводит к злокачественному перерождению клеток; кейлоны и антикейлоны, имеющие отношение к регуляции пролиферации клеток.

Несомненно, что изучение структуры и функций перечисленных выше белков открывает перспективу познания наиболее глубоких основ регуляции процессов жизнедеятельности, в том числе на уровне генома; современные представления о типах взаимодействия регуляторных белков с ДНК показаны на рис. 41.

Защитные белки. К группе защитных белков принадлежат антитела— вещества белковой природы, вырабатываемые животным организмом в ответ на введение антигенов. Взаимодействуя с последними, они инактивируют их, защищая таким образом организм от воздействия чужеродных соединений, вирусов, бактерий, клеток и тканей. Для обозначения белков, синтезирующихся в организме в ответ на антигенное воздействие, предложен термин— иммуноглобулины (сокращенно Ig). Так как они впервые были обнаружены

85

Рис. 41. Варианты связывания регуляторных белков с ДНК

В левой частя рисунка перекрещенные ссспирали регуляторного белка взаимодействуют с симметрично расположенными центрами связывания в двойной спирали ДНК, локализованные в большом желобе ДНК. Узнающая а-спираль представлена тёмным цилиндром, а расположенная над ней другая а-спираль (белый цилиндр) помогает распознать связывающий центр. В средней части рисунка—рр а-надвторичная структура с атомом 2п в центре (связан с двумя остатками цистеина (С) Р-слоя и двумя остатками гистидина (Н) в а-спирали), обеспечивающая электростатический тип связи с ДНК за счет диполя в РР о-структуре (полярные области заштрихованы). В правой части рисунка—димер регуляторного белка, скрепленный, гидрофобной застежкой богатых лейцином а-спиралей; пунктиром показана ось вращательной симметрии; заштрихованными прямоугольниками—высокоосновные фрагменты, прямо взаимодействующие с ДНК, стрелками—парные полуцентры распознавания сайта связывания в ДНК

в медленно движущейся при электрофорезе белков сыворотке крови фракции у-глобулинрв, их называют также у-иммуноглобулинами.

Согласно современной классификации, существует 5 видов иммуноглобулинов (IgG, IgM, IgA, IgD и IgE), структурные элементы молекул которых представлены легкими и тяжелыми полипептидными цепями (рис. 42). Их молекулярные массы лежат в пределах 150000—950 ООО Да. Тяжелые цепи различных иммуноглобулинов обозначают строчными буквами греческого алфавита соответственно прописным буквам латинского алфавита, которые служат для указания вида иммуноглобулина, т. е. для IgG—у (гамма); IgM—ц (мю), IgA—а (альфа), IgD—6 (дельта) и IgE—е (эпсилон). Тяжелые полипептидные цепи (Н-цепи, от англ. heavy—тяжелый) у разных видов иммуноглобулинов отличаются друг от друга. Наоборот, легкие полипептидные цепи (L-цепи, от англ. light—легкий) у разных иммуноглобулинов только 2 типов: и (каппа) и X (ламбда). В свою очередь, у некоторых иммуноглобулинов отмечено существование подвидов, например IgGx, IgG2, IgG3 и IgG4, в небольшой мере отличающихся друг от друга первичной структурой полипептидных цепей. Основную массу иммуноглобулинов сыворотки крови человека составляет IgG (75—85% от их суммы); IgA содержится в ней в количестве 7—15%, IgM—5—10%, IgD—0,3% и IgE—0,003% (тоже от суммы). IgA локализован, кроме того, в секретах (слеза, слюна, желчь, кишечный сок и т. п.) и лимфе.

Первичная структура тяжелых и легких цепей многих иммуноглобулинов выяснена: в тяжелых цепях зафиксировано от 439 до 450 (у-цепи) и от 568 до 576 (ц-цепи) аминокислотных остатков, а в легких—от 208 до 220. Удивительной особенностью является то, что как в легких, так и в тяжелых цепях иммуноглобулинов выявлены вариабельные зоны, расположенные преимущественно в пер-

86

Тяжелая цепь (446 аминокислотных остатков)

Гипервариабельный M]J домен тяжелой цепи

Гипервариабельный домен легкой цепи

Легкая цепь аминокислотных остатков)

Q 2 Комплемет-связывающий н домен

Q з Сшигосахарид-содержащий домен

соон соон

Ун и VL—вариабельные домены CL и Сн—константные домены

Рис. 42. Структура иммуноглобулина G, человека

Две легкие и две тяжелые полипептидные цепи попарно связаны дисульфидными (—S—S—(-связями, в каждой из цепей ест» внутренние дисульфидные мостики, отграничивающие разнообразные домены; CHi, CHi, Сн>—константные домены тяжелой цепа

вой половине цепи, т. е. со стороны аминогруппы. В отличие от этого первичные структуры легких и тяжелых цепей у различных иммуноглобулинов близки во второй их половине, т. е. со стороны С-концевой аминокислоты. Вариабельная часть молекулы ответственна за взаимодействие иммуноглобулинов с разнообразными антигенами, тогда как часть, отличающаяся относительным постоянством первичной структуры, выполняет общие для всех иммуноглобулинов функции (связывание комплемента, фиксация на мембранах).

Высшие параметры структуры у различных иммуноглобулинов еще более однотипны и получили название иммуноглобулиновой унаковки, характеризующейся стандартным расположением доменов по отношению друг к другу и общими закономерностями их пространственной ориентации.

Определенную роль в функционировании иммуноглобулинов играют углеводы, входящие в их состав в количестве от 2 до 12%. Они присоединяются

87

к легким и тяжелым цепям иммуноглобулинов в основном по радикалам аспарагина и в некоторых случаях—треонина и представлены олигосахаридами, в состав которых входят N-ацетилглюкозамин, манноза, галактоза, фукоза и сиаловая кислота в соотношении, в большинстве случаев близком к 4:3:2: .1:1.

Таким образом, в строении иммуноглобулинов удивительно тонко сочетается взаимосвязь структуры и функции и необыкновенно наглядно выступает специфика молекулярной организации белков, характеризующихся определенной, в данном случае защитной, биологической активностью.

Кроме иммуноглобулинов защитные функции выполняют белки системы свертывания крови, интерфероны, интерлейкины, белки-антифризы, гаптог-лобины, антигены тканевой совместимости, лизоцимы, антивирусные белки растений и антибактериальные белки насекомых.

Токсические белки. Группа токсических белков в последние годы изучается весьма интенсивно ввиду ее большого практического значения.

С точки зрения первичной структуры наиболее полная информация получена о токсических белках змей: она расшифрована у нескольких десятков токсинов, полученных из ядов лесной, африканской, азиатской, египетской, королевской, мозамбикской, индийской и других видов кобры, африканской зеленой и черной древесных змей, морской змеи и др.

Крайне любопытно, что токсины ядов змей, характеризующиеся молекулярными массами от 6700 до 7000 Да, составлены в большинстве случаев из 60 аминокислотных остатков; примерно такую же величину имеют токсические полипептиды скорпиона, пчелы и осы; близки к ним (45 аминокислотных остатков) токсины из пшеничной муки (пуротонин А, летальный для пивных дрожжей), морских актиний и омелы белой (вискотоксины). В подавляющем большинстве они являются нейротоксинами, так как, взаимодействуя с холинэнергическими белками, блокируют передачу нервных импульсов. Их нейротоксическое действие зависит от третичной структуры, задаваемой в основном многочисленными (4—5) дисульфидными мостиками (см. структуру эрабутоксина на рис. 40).

Почти столь же детально изучены высокомолекулярные белковые токсины микроорганизмов и растений. Структура и механизм действия нескольких десятков из них выяснены. В одних случаях они представлены мультимерами (дифтерийный и холерный токсины, токсин шителлы и др.), построенными из одной субъединицы типа А (20,0; 28,0 и 32,0 кДа соответственно) и пяти субъединиц типа В (25,0; 12,0 и 7,7 кДа соответственно). Контактируя с клеточной поверхностью субъединицами типа В, они вводят субъединицу типа А внутрь клетки, где она блокирует биосинтез белков на рибосомах. В других—двухкомпонентны (растительные токсины— рицин, абрин, модецин, лектин и др.), причем субъединица В связывается с рецепторами клетки и обеспечивает перенос субъединицы А внутрь ее, что приводит к инактивации 60S субчастицы рибосомы и прекращению синтеза белка. В третьих—одноцепочечны (энтеротоксин из стафилококка, гемолизин из кишечной палочки, стрептолизин и др.) и их крупные полипептидные цепи (от 34 до ПОкДа) встраиваются в клеточную мембрану, образуют в ней поры, что сопровождается лизисом клетки. Здесь, как и в случае нейротоксинов, прослеживается тесная связь структуры и функции токсических белков.

Транспортные белки. Представителем транспортных белков является сывороточный альбумин. Он выделен в высокоочищенном состоянии, его получение налажено препаративно. Основной функцией этого белка является перенос различных веществ, особенно жирных кислот. Кроме высших жирных кислот, сродство к которым у сывороточного альбумина весьма высоко, он переносит разнообразные анионы и катионы. Сывороточный альбумин связывает до 50% кальция, находящегося в крови, служит переносчиком ионов меди из кишечника в печень, является носителем стероидных гормонов. Молекулярная

88

масса сывороточного альбумина человека равна 65 ООО, изоэлектрическая точка (р/)—4,7 (при ионной силе 0,15). Он способен образовывать димеры с константой седиментации 6,7S. Первичная структура сывороточного альбумина человека, состоящего из 585 аминокислотных остатков, выяснена.

Из других белков сыворотки крови человека транспортными функциями обладают церулоплазмин (М = 160000, р/=4,4)—переносит ионы меди из печени в клеточные органеллы; трансферрин (М = 90000, р/=5,9)—переносит ионы трехвалентного железа; (З-липопротеин (М = 3200 000, р/=5,4)—переносит, липиды, жирорастворимые витамины и гормоны; та же функция свойственна другим липопротеинам сыворотки крови. Липопротеины очень низкой плотности у человека ежесуточно переносят 25—50 г эндогенных триглицерит дов, а другие их виды—холестерол, Р-каротин, фосфолипиды, углеводороды и ациклические спирты. Широко известными транспортными белками, переносящими кислород, являются гемоглобины позвоночных и ряда низших животных, гемоциаиины моллюсков, ракообразных, паукообразных и мечехвостов, гемэритрины (коричневые дыхательные белки) кольчатых червей, хлорокруо-рины (зеленые дыхательные белки) многощетинковых червей, гемованадины (содержащие ванадий) морских животных (оболочников).

Транспортные белки характерны не только для биологических жидкостей. В последние годы внимание исследователей особенно привлекли белки, встроенные в наружные и внутренние мембраны клеток и обеспечивающие перенос через них разнообразных низко- и высокомолекулярных веществ. Эти белки получили название порины, так как они образуют в мембранах поры, через которые идет транспорт. Некоторые из этих белков (порин I из наружной мембраны кишечной палочки—молекулярная масса 37205 Да, 340 аминокислотных остатков; порин из митохондрий печени крысы—димер из двух идентичных полипептидов и др.) выделены и охарактеризованы. Сюда же относятся белки—транслоказы, механизм переноса которыми веществ через мембраны ясен из рис. 43.

А Б В

Рнс. 43. Перенос веществ через мембраны прн посредстве белков:

А—вращающийся белок-переносчик; Б—подвижный белок-переносчик; В—пора, образован-пая из белкоа-переносчиков

89

- Структурные белки. Многочисленные и разнообразные белки несут в биологических объектах структурные функции.

Эту роль выполняют прежде всего белки, являющиеся компонентами различных биологических мембран, исключая, конечно, те из них, что обладают иной функциональной активностью (мембранносвязанные ферменты, по-ровые белки, белки переносчики, рецепторные белки и т. п.).

Данные о молекулярных массах структурных белков мембран про*-тиворечивы. У структурных белков митохондрий сердца и печени быка они составляют от 20000 до 60000, а у бактерий—от 10000 до 160000 Да. Структурные белки мембран отличаются резко выраженной способностью к агрегации. При рН 12 они существуют в виде мономеров, но при понижении значения рН олигомеризуются с образованием фибриллярных структур и микрокристаллов. Более того, они способны соединяться в стехиометрических соотношениях с другими белками (например, ми-оглобином) и особенно с ферментами, характеризующимися мембранной локализацией (цитохромами сх и Ь, цитохромоксидазой, малатдегидро-геназой и др.), причем каталитическая активность последних при этом заметно изменяется. Поэтому полагают, что роль структурных белков мембран не ограничивается только лишь закреплением ферментов в мембране.

Свойства структурных белков мембран в определенной мере предопределяются их аминокислотным составом. В них содержатся в высокой пропорции аминокислоты, обладающие гидрофобными радикалами (глицин и аланин— 10—15%, валин, лейцин и изолейцин—в среднем 5—6% каждый, а в ряде случаев—до 9—13%), и сравнительно невелико содержание основных и кислых аминокислот. Но самое любопытное состоит в том, что гидрофобные аминокислоты образуют в полипептидной цепи структурных белков мембран локальные зоны (сегменты), включающие 20 и более остатков только гидрофобных аминокислот и занимающие в общем до 20% от длины всей полипептидной цепи. Это способствует возникновению гидрофобных центров в молекулах структурных белков мембран, в том числе центров, локализованных на поверхности глобулы. Указанное обстоятельство в известной мере объясняет высокую способность этих белков к агрегации, а также то, что субъединицы в олигомерах связаны силами слабых взаимодействий.

Из аминокислотного состава структурных белков мембран вытекает еще одно существенное следствие. Содержание в их составе аминокислот, препятствующих спирализации, таково, что доля а-спиральной структуры может составить в среднем 40% полипептидной цепи. Действительно, экспериментальные данные, полученные методом инфракрасной спектрофотометрии, дисперсии оптического вращения и кругового дихроизма, убеждают в том, что значительная часть полипептидной цепочки структурных белков мембран находится в а-спиральной форме (от 30 до 50%).

Наконец, еще одно специфическое сво

страница 15
< 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)