Биологический каталог




Биологическая химия

Автор Д.Г.Кнорре, С.Д.Мызина

Следует иметь в виду, что на точные параметры ?-спирали, как и любой другой периодической конформации, оказывает влияние природа связанных с пептидным остовом боковых радикалов. В качестве иллюстрации в табл. 3.5 приведены параметры «-спирали белка-фермента фосфоглицераткиназы, катализирующего одну из стадий превращения глюкозы в пируват — перенос остатка

Рис. 17. Конформация /j-складчатой структуры:

а - параллельная ориентация; б - антипараплельная ориентация

фосфорной кислоты от АТФ на карбоксильную группу 3-фосфоглицерата (ем § 8.2). Видно, что все параметры, характеризующие этот регулярный участок цепи в известных, не очень больших пределах, колеблются около средних значений, характерных для идеальной спирали.

Важнейшим примером растянутой периодической структуры в белках являются так называемые ?-складки.

В первом приближении можно рассматривать ^-складки как плоские структуры (рис. 17). Стабилизируются они в первую очередь водородными связями образованными между двумя такими фрагментами карбонильными атомами кис лорода одного и амидным атомом азота второго фрагмента. При этом взаимодейс твующие фрагменты могут, как видно из рис. 17, иметь либо параллельную, ли антипараллельную ориентации. При этом плоские пептидные фрагменты образу-

Таблица 3.5. Некоторые параметры фрагмента нолипептидпой цепи фосфогли цератки ? [азы

Аминокислота Расстояние от оси спирали

град град HM до атомов символика номер ? CQ С"

Не 254 -119,5 142,3 0,3817 1

Phe 255 -106,6 -115,1 0,3810

Асп 256 -109,2 113,7 0,3794

Lys 257 -52,7 -51,6 0,3826 0,155 0,210 0,170

Ala 258 -63,8 ^18,9 0,3787 0,141 0,217 0,147

Val 259 -51,1 -28,5 0,3745 0,142 0,217 0,165

Gly 260 -59,9 -56,8 0,3853 0,126 0,213 0,154

Pro 261 -62,9 -51,1 0,3742 0,156 0,229 0,172

Gin 262 -57,7 -48,5 0,3810 0,159 0,234 0,173

He 263 -60,5 -50,7 0,3808 0,155 0,227 0,170

Ala 264 -57,9 -46,8 0,3782 0,168 0,236 0,162

Lys 265 -61,4 -55,3 0,3816 0,163 0,210 0,155

Leu 266 -60,0 -43,4 0,3714 0,141 0,224 0,161

Met 267 -53,3 -46,0 0,3818 0,145 0,217 0,155

Glu 26? -57,9 -50,1 0,3783 0,141 0,210 0,165

Lys 269 -53,4 -42,5 0,3738 0,142 0,228 0,164

Ala 270 -53,9 -46,8 0,3815 0,157 0,227 0,167

Lys 271 -57,4 -50,1 0,3800 0,152 0,230 0,166

Ala 272 -61,1 -50,9 0,3815 0,154 0,227 0,179

Lys 273 -59,8 —47,6 0,3834

Gly 274 -129,4 -86,1 0,3781

Val 275 178,8 -66,1 0,3856

Вторичная структура

о-Спираль

Продолжение табл. 3.5.

Аминокислота ?, Расстояние от оси спирали Вторичная

град град HM до атомов структура

символика номер N С"

Glu 276 -123,2 130,2 0,3776

Val 277 -112,4 123,5 0,3831 /Юлой

Val 278 -109,9 117,7 0,3777

Leu 279 -107 -177,5 0,3881

Pro 280 -61,0 -111,6 0,3870

Val 281 109,8 . -27,7 0,3764

Asp 282 -133,8 125,3 0,3716

Phe 283 -142,6 154,6 0,3709 /Юлой

He 284 -124,8 132,7 0,3802

He 285 -137,6 144,0 0,3800

Ala 286 -135,0 139,8 0,3822

Asp 287 -8,2 -91,3 0,3887

Ala 288 -81,0 -174,3 0,3888

Phe 289 -80,3 -31,8 0,3784

Ser 290 -51,1 -147,6 0,3809

ют не единую плоскую, а гофрированную структуру. Это сказывается и на значениях торсионных углов ? й ф. Если в плоской, полиостью растянутой структуре они должны были бы составить 180°, то в реальных ?-слоях они имеют значения порядка ? = -120° и ф = +110°. Для того ча-обы два участка полипептидной цепи расположились в ориентации, благоприятствующей стабилизации Д-складок, между ними должен существовать участок, имеющий структуру, достаточно резко отличающуюся от периодической. Структуры, необходимые для того, чтобы пептидная цепь <замкнулась> сама на себя с образованием антипараллельной /3-складки, называют ?-изгибами. Как и в случае ?-спирали, приведенные для ?-слоев значения торсионных углов ? и ф являются средними и в реальных полипептидных Цепях варьируют в определенных не очень узких пределах, что также можно видеть в табл. 3.5.

Фрагменты пространственной структуры биополимера, имеющие периодическое строение полимерного остова, рассматривают как элементы вторичной структуры биополимера. Из сказанного выше следует, что главными элементами вторичной структуры белков являются ?-спирали и /?-складки.

Какую именно конформацию примет тот или иной участок полипептидной Цепи в белковой молекуле, существенно зависит от структуры молекулы в целом. Факторы, влияющие на формирование участков с определенной вторичной структурой, весьма многообразны и далеко не во всех случаях полностью выявлены. Огромный материал, накопленный по пространственной структуре белков, пока-

Рис. 18. Расположение боковых радикалов аминокислот (Ritn) на витке о-спирали

зывает, что ряд аминокислотных остатков предпочтительно встречается в ?-спиральных фрагментах, ряд других — в /?-складках, некоторые аминокислоты — преимущественно в участках, лишенных периодической структуры. Скопление на некотором участке полипептидной цепи остатков, благоприятствующих образованию ?-спирали, дает с большим основанием предполагать, что на этом участке полипептидная цепь действительно спирали-зована. Сказанное означает, что вторичная структура в значительной мере определяется первичной структурой, т.е. последовательностью аминокислотных остатков. В некоторых-случаях физический смысл такой зависимости может быть понят из стереохимического анализа пространственной структуры. Например, как видно из рис. 18, в ?-спирали сближены не только боковые радикалы соседних вдоль цепи аминокислотных остатков, но и некото рые пары остатков, находящихся на соседних витках спирали, в первую очередь каждый (г -f 1)-й остаток с (г + 4)-м и с (г + 5)-м. Поэтому в положениях (г + 1) и (г + 2), (г + + 1) и (г + 4), (г + 1) и (г + 5) ?-спиралей редко одновременно встречается два объемных радикала, таких, например, как боковые радикалы тирозина, триптофана, изолейцина. Еще менее совместимо со структурой спирали одновременно* наличие трех объемных остатков в положениях (i + 1), (г + 2) и (г + 5) или (г + 1), (i + 4) и (г + 5). Поэтому такие комбинации аминокислот в ?-спиральных фрагментах являются редким исключением, а появление таких комбинаций аминокислот в первичной структуре на участке, в целом склонном к свертыванию в -?-спираль, свидетельствует, что в районе этих комбинаций ?-спиральная кон-формация обрывается.

Высшим уровнем пространственной организации полипептидной цепи является ее третъГчная структура. Под этим термином понимают полную укладку в пространстве всей полипептидной цепи, включая укладку боковых радикалов Полное представление о третичной структуре дают координаты всех атомов белка. Благодаря огромным успехам рентгеноструктурного анализа (см. § 7.13) такие данные, за исключением координат атомов водорода, имеются для значительного числа белков. Это огромные массивы информации, поскольку в каждом случае речь идет о координатах многих сотен и даже тысяч атомов. Эта информация хранится в специальных банках данных на машиночитаемых носителях, и ее обработка в большинстве случаев немыслима без помощи быстродействующих ЭВМ. Полученные на ЭВМ координаты, атомов позволяют получать разнообразные сведения о геометрии белковых молекул, в ??,? числе значения торсионных углов, и тем самым выявлять спиральные участки, /3-складки и нерегулярные фрагменты цепи. Геометрические параметры участка фосфоглицераткиназы,

Рис. 19. Общая схема строения фосфоглицераткиназы. Для наглядности ?-спиральные участки представлены в виде цилиндров; ?-складки — в виде лент со стрелкой, указывающей направление цепи в складке от ?-конца к С-концу; нерегулярные участки — в виде линий, соединяющих струкгурированные фрагменты

приведенные в табл. 3.5, являются результатом соответствующей обработки данных, взятых из банка пространственных структур для этого фермента.

Изображение полной структуры даже небольшой белковой молекулы на плоскости, будь то страница книги или экран дисплея, мало информативно вследствие чрезвычайной сложности объекта. Чтобы исследователь мог с достаточной степенью наглядности воспринимать геометрию белковой молекулы, используют методы компьютерной графики, которая позволяет выводить на экран дисплея отдельные части полной структуры и манипулировать с ними с помощью специальных программ, в частности поворачивать их в нужных ракурсах.

Для представления общего хода полипептидпой цепи изображают три главных структурных элемента вторичной структуры (а-спирали, ?-c клад к и и нерегулярные участки) соответственно в виде столбиков, лент со стрелкой, указывающей направление цепи в складке от ?-конца к С-концу, и в виде линий, соединяющих структурированные фрагменты. Па рис. 19 в таком изображении представлена общая схема строения фосфоглицераткиназы.

Третичная структура формируется в результате нековалентных взаимодействий боковых радикалов, обрамляющих ?-спирали и /?-складки, и непериодических фрагментов полипептидпой цепи. Для каждого белка как сама структура в Целом, так и набор нековалентных взаимодействий, ее стабилизирующих, уникальны. Можно отметить лишь некоторые тенденции в построении этих структур. Так, белки, находящиеся в растворимой фракции клеток или секретируемые из клеток, как правило, построены таким образом, что гидрофобные радикалы сконцентрированы во внутренней части молекулы, а гидрофильные экспонированы наружу. Накопленные в последние годы пока еще не слишком многочисленные

страница 21
< 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 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109

Скачать книгу "Биологическая химия" (8.81Mb)


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

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(27.04.2017)