Биологический каталог




Биологическая химия

Автор Д.Г.Кнорре, С.Д.Мызина

шом числе случаев для функционирования белков и нуклеиновых ки лот необходимо, чтобы несколько полимерных цепей были соединены в едины комплекс. В случае чисто белковых образований такой комплекс также рассматривается как белок, состоящий из нескольких субъединиц. Субъединичная структура белков часто фигурирует в научной литературе как четвертичная структура, т.е. как уровень организации, следующий за третичной структурой. Нуклеиновые кислоты с комплементарными последовательностями нуклеотидов образуют двуспиральные структуры. При определенных структурных особенностях могут образовываться и структуры, содержащие три цени,— трехспиральные структуры. Наконец, многие функционально значимые образования содержат как белки, так и нуклеиновые кислоты; такие образования называют нуклеопротеидами. В основе образования нуклеопротеидов лежат высокоспецифичные взаимодействия между соответствующими полипептидными и полннуклеотидиымн цепями, т.е. способность молекул биополимеров к взаимному узнаванию.

Белки состоящие из нескольких субъединиц, широко распространены в природе. Уже указывалось, что гемоглобин состоит из четырех субъедиииц, попарно одинаковых. Субъединицы принято обозначать греческими буквами. У гемоглобина имеется две субъедпницы, обозначаемые как u-субъедиипца и две Д-субъе-диницы. Наличие нескольких субъедиииц (см. § 3.10) приводит к более благоприятной для функционирования гемоглобина как переносчика кислорода зависимости степени насыщения кислородом от его парциального давления. Четвертичную структуру гемоглобина обозначают как а2Д>.

Субъединичное строение свойственно большому числу ферментов и в первую очередь ферментов, выполняющих сложные функции и взаимодействующих с несколькими внешними компонентами. Например, фермент РНК-полпмераза из E.coli имеет субъединичную структуру ?,??'?, т.е. построен из четырех разнотипных субъединиц, причем о-субъеднница продублирована. Этот белок выполняет сложные функции — связывается с двупнтеиой ДНК, опознает на пей участок, с которого должен начаться процесс транскрипции, связывает субстраты -рибонуклеозидтрифосфаты, катализирует перенос пуклеотндиого остатка, отобранного с помощью ДНК-матрицы, па растущую полпрпбопуклеотидпую цепь и еще несколько функций. Хотя детальная роль каждой субъедпницы еще не установлена, но достоверно известно, что ?-субъедипица не принимает участия о каталитическом процессе, но зато полностью ответственна за связывание с так называемым промотором — участком ДНК, на котором должна оказаться РНК-полймераза, чтобы начать синтез полннуклеотидиой цепи в нужном участие ДНК-матрицы (см. § 5.5). '

Работа многих белков подвержена так называемой аллосшерической регуляции— специальные соединения, называемые эффекторами, либо включают, либо выключают работу каталитического центра фермента. Естественно, что такие ферменты имеют специальные участки опознавания эффектора. В ряде случаев такие участки расположены на специальных так называемых регул.чторных субъединицах. Классическим примером могут служить белки, называемые протеипкиназами, которые катализируют перенос остатка фосфорной кислоты от молекулы АТФ на белки-субстраты. Значение таких процессов ввелепия остатков cboc (Помпой киглО-

ТЫ в некоторые белки рассмотрено в § 10.2. Здесь же существенно отметить, что работа таких ферментов включается взаимодействием со специальным эффектора _ аденозин-3',5'-циклофосфатом (цАМФ). Большинство регулируемых цАМФ протеинкиназ имеют специальные регуляторпые субъедииицы, на которых расположен центр связывания цАМФ. При этом нередко полностью активный фермент содержит по нескольку как каталитических, так и регуляторных субъединиц. Скорее всего, как и в случае гемоглобина, этим обеспечивается более благоприятный характер зависимости работы фермента от концентрации субстратов и эффектора. Примером таких ферментов является один из наиболее изученных в этом аспекте фермент — аспартаткарбамонлтрансфераза из E.colt (см. § 9.6). Она катализирует первую стадию образования пиримндиновых нуклеотидов, состоящую в переносе карбамоильного остатка с карбамоилфосфата на аспартат с образованием карбамоил аспартата:

"ООС—СН—СН2—С00"

NH3+

+ NH,—С—???,

?

2-

?,??

Фермент регулируется цптидинтрифосфатом, который, связываясь с ферментом, выключает активный центр из работы. Эффектор связывается со специальными регуляторными субъединицами. Полностью активный фермент состоит из шести каталитических и шести регуляторных субъединиц.

В некоторых случаях несколько ферментов, катализирующих последовательные стадии превращения в некоторой цепочке биохимических превращений, объединяются в единый комплекс, который называют мулыпифсрментним.

Природа и детальная организация взаимодействий между субъедпницами уникальна для каждой пары взаимодействующих субъедиииц. В качестве иллюс-

Таблица З.б. Контакты ?-субъсдиниц с одной из /^-субъедиииц в гидрокси- и

дезокси1х;моглоби ? ??

«1 h Гидро-окси- Дезокси- «1 Гидро-окси- Дезокси-

Pro 37 His 146 + Leu 91 Arg 40 + -

Thr 38 ' His 97 + -г Arg 92 Trp 37 + +

Thr 38 Val 98 + - Arg 92 Gin 39 + -

Thr 38 Asp 99 - + Arg 92 Arg 40 + +

Thr 38 Pro 100 - + Val 93 Trp 37 + -

Thr 38 Tyr 145 - - Asp 94 Trp 37 + -

Lys 40 His 146 + Asp 94 Glu 101 - +

Thr 41 Arg 91 - + Asp 94 Asn 102 + -

Thr 41 His 97 + + Pro 95 Trp 37 + +

Thr 41 Val 98 + + Val 96 Asp 99 + -

Tyr 42 Arg 40 + + Val 96 Glu 101 + +

Tyr 42 Asp 99 - + Tyr 140 Pro 36 + —

трации в табл. З.б приведен перечень контактирующих групп о-субъединиц гемоглобина с одной из /?-субъедипиц. Контакты приведены для гемоглобина комплексе с кислородом (оксигемоглобин) и без кислорода (дезоксигемоглоби^ Природа взаимодействий в разных участках различна. Наряду с чисто гидрофо ными контактами [например, Val (?) 93 — Тгр {?) 37; Pro (о) 95 — Tip (?) 37„ др.] имеются контакты гидрофильных остатков с гидрофобными, также имеющ ван-дер-ваальсову природу, контакты заряженных остатков с частично полярн ми гидрофобными фрагментами [например, Agr (?) 92 — Тгр (?) 37; Туг (а) 42 Arg (?) 40], которые, по-видимому, обусловлены ион-дипольными взаимодейств ями, контакты между гидрофильными остатками, которые, по крайней мере некоторых случаях, образуют водородные связи [например, Туг (а) 42 — Asp ( 99; Asp (а) 94 - Asn (?) 102].

3.7. ДВУСПИРЛЛЬНЫЕ НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ

Объединение двух комплементарных цепей ДНК в единую двуспиральн структуру уже вкратце рассматривалось. Структурные основы такого объединени рассмотрены в § 3.4. Из приведенных там рисунков видно, что такого типа стру туры могут образовывать оба типа нуклеиновых кислот — ДНК и РНК. Возмож образование и смешанных комплексов, состоящих из одной полирнбопуклооти ной и одной полидезоксирибопуклеотидпоп цепей. Такие днусппральпые структ ры часто называют дуплексами. Общий план построения таких структур не озп чает их полной идентичности. Они достаточно четко могут различаться по свое детальной геометрии.

Двунитевая ДНК на основном протяжении имеет так называемую Ц-копформ цию. Для этой конформации характерен шаг спирали 3,4 пм и число пар гетероциклов на один виток спирали равно десяти. Плоскость, в которой находятся взаимодействующие гетероцпклы, практически перпендикулярна оси спирали (угол наклона пары около 6°).

Если вокруг оси двойной спирали описать-цилиндр, вмещающий всю двуспп-ральную структуру, то нетрудно заметить из рис. 26 и 32, что взапмодейству! щая пара гетероциклов заполняет не вес сечение этого цилиндра — по обе сто| ны от них остаются полости, которые тянутся вдоль всего двусппралыюго учас ка, образуя два желоба. В один из них экспонированы атом N7 пурппового re: роцикла и связанные водородными связями МЬ-группа адепппа или цитозина С=0-группа соответственно тимина или гуанина. Это')' желоб в fl-ДНК имеет больший размер, чем противоположный, и обычно называется большим желобом. Конформационные и геометрические параметры ?-конформацппп ДНК приведены в табл. 3.7.

Другая распространенная двуспиральная структура называется Л-конформаци-ей. ДНК может принимать такую конформацию, если находится в виде волокнистой структуры при пониженной относительной влажности. При повышенной влажности и тем более в растворе ДНК находится а //-коперормнцнп, Копформа-ция А характерна для РНК. У этой конформации шаг спирали существенно меньше и составляет 3,0 нм, а число пар нуклеотидов на один виток спирали равно 11. В результате этого расстояние между остатками вдоль осп спирали составляет всего 0,27 нм вместо 0,34 им у ?-ДИК. Нормаль к плоскости гетероциклов обра-

Рис. 32. Двойная спираль ДНК в Б-форме (а, б) и в 2-форме (в):

а - В-форма представлена в виде двуспиральной ленты, комплементарные пары нуклеотидов - в виде соединяющих их линий. Стрелками указаны большие бороздки В-формы. Ось спирали лежит в плоскости рисунка; б - взаимодействие гетероциклов в В-форме ДНК. Ось спирали (о) перпендикулярна плоскости рисунка; в - взаимодействие гетероциклов в ?-форме ДНК. Ось спирали (о) перпендикулярна плоскости рисунка

пары, то у ?-??? и 4-ДНК она смещена па 0,44 им в сторону большого желоба, который в результате этого становится существенно глубже, по одновременно уже, чем у fl-ДНК. Основные количественные характеристики Л-копформации также приведены в табл. 3.7.

Таблица 3.7. Конформационные и геометрические параметры ДНК

Параметры Форма спирали А В " ?

Правая Правая Левая

Тип и ориентация спирали регулярная регулярная бирегулярная

Число пар гетероциклов на один виток спирали ? Шаг спирали И, нм 11 2,86(3,0) ю 3,4 12(0x2) 4,5(4,35)

Расстояние между гетероциклами вдоль оси спирали ?, нм Ориентация гликозидной связи и конформация сахара 0,27(0,20) (Шмш-СЗ '-эидо- 0,34 ан)11«-С2 '-эпдо- 0,37 антиг, сим-чередующаяся

Уже говорилось, что важной особенностью уотеон-криковских взаимодействий я

страница 25
< 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
(22.06.2017)