Биологический каталог




Биологическая химия

Автор Д.Г.Кнорре, С.Д.Мызина

рус, для которого была установлена первичная структура ДНК, — и бактериофаг М13, нашедший широкое применение в генетической инженерии.

У большой группы вирусов носителем наследственной информации является

РНК, чаще всего однонитевая. Многочисленные РНК-содержащие вирусы

паразитируют на растениях. Многие важнейшие открытия в вирусологии были

сделаны на содержащем однонитевую РНК вирусе табачной мозаики. Такие вирусы

известны и среди бактериофагов, например фаги MS2 и ??. Среди РНК-содержа-щих вирусов есть и такие, которые вызывают тяжелые заболевания человека,

например клещевой энцефалит и бешенство. В большинстве случаев. РНК представляет собой одну достаточно длинную цепочку, содержащую много тысяч нуклеотидов. Однако в отдельных случаях в состав вируса входит несколько молекул РНК, каждая из которых программирует один или несколько белков. К их числу относится вирус гриппа, в состав которого входят восемь однонитевых молекул РНК.

Вирусы весьма разнообразны по размерам. В значительной мере это определяется тем, сколько информации заложено в нуклеиновую кислоту вируса. Эта информация в основном предназначена для программирования синтеза белков, входящих в состав вирусных частиц (структурные белки) или необходимых на промежуточных этапах их (Ьоомигювания (нестпуктуоные белки^. Ппостейшие

вирусы, например уже упоминавшиеся РНК-содержащие бактериофаги MS2 и ОД содержат программу для синтеза всего трех белков — белка оболочки, фермента РНК-репликазы, катализирующего синтез новых молекул вирусной РНК, и белка, участвующего в регуляции синтеза новых частиц. В то же время огромный бактериофаг Т4, содержащий много белков, образующих оболочку, требующий значительного набора ферментов для его развития внутри клетки, программирует даже синтез нескольких тРНК. Общее число белков и нуклеиновых кислот, запрограммированных в молекуле ДНК этого бактериофага, составляет около 150: Некоторые сведения о строении ряда наиболее типичных представителей вирусов и бактериофагов приведены в табл. 3.8. Наиболее важные и типичные особенности содержания и функционирования программ, заложенных в вирусных нуклеиновых кислотах, рассмотрены в § 5.7.

Таблица 3.8. Строение ряда типичных представителей вирусов и бактериофагов

Вирусы Природа генетического материала Число программируемых белков

Вирусы

гриппа А Одноцепочечная РНК (минус-цепь)» фрагментированная (8 фрагментов) 10

энцефалита Одноцепочечная РНК (плюс-цепь) 9

гепатита А То же 4

гепатита В Частично двуцепочечная ДНК, кольцевая 5

ВИЧ-1 Одноцепочечная РНК (плюс-цепь) 13

SV^O Двуцепочечная ДНК, кольцевая 5

Реовирусы Двуцепочечная РНК, линейная, фрагментированная (10-11 фрагментов) 11

Бактериофаги

А Двуцепочечная ДНК, линейная, в клетке кольцевая 38

Т4 Двуцепочечная ДНК, линейная НЗО

Т7 То же 38

MS2 Одноцепочечная РНК (плюс-цепь) 3

О» То же 3

М13 Одноцепочечная ДНК (плюс-цепь) 8

у?Х174 То же 9

В заключение этого и двух предыдущих параграфов следует отметить, что сборка многокомпонентных надмолекулярных структур, несмотря на заложенную в их компоненты способность к взаимному узнаванию, скорее всего не является самопроизвольным процессом. В настоящее время накопились факты, указывающие на более сложный характер образования многосубъеднничных белков и нуклеопротеидов, требующих участия вспомогательных белков, которые далее в конечной структуре не присутствуют. Возможно, это относится и к формированию третичной структуры достаточно сложных белков. Установлено, что в этих процессах в большинстве случаев, если не всегда, принимают участие специальные беЛКИ. НаЗЫВаеМЫе Ы.ППРППЧП aitl Г}тп ftonirn Лчти. nonnnmirani.im nfilianVUfPHKI

у Escherichia colt, когда оказалось, что некоторые наследственные изменения (мутации) в белках GroE и GroL приводят к тому, что в них не может сформироваться полноценный бактериофаг А, хотя весь необходимый набор белков и ДНК фага в клетке накапливаются. Оказалось, что нарушение в сборке этого довольно сложно устроенного бактериофага происходит от того, что мутантные белки GroE и GroL не могут обеспечить правильное соединение между собой 12 субъединиц элемента, нужного для соединения головки фага с его хвостовой частью.

Дальнейшее развитие биохимии привело к открытию огромного числа ша-перонов, особенно у эукариот, где эти белки нередко специализируются на сборке вполне определенных структур. Эта группа белков известна также под названием белков теплового шока, поскольку их активный синтез начинается при повышенной температуре, по-видимому, для предотвращения повреждения разнообразных белков и их комплексов, претерпевающих частичную денатурацию при температуре выше допустимой.

3.1 НАПРАВЛЕННЫЕ КОИФОРМАЦИОННЫЕ ПЕРЕХОДЫ В БИОПОЛИМЕРАХ

Когда речь идет о наличии у функционально активных биополимеров определенной пространственной структуры, последняя, естественно, не представляется абсолютно жесткой. При биологически значимых температурах в результате теплового движения происходят не только поступательное перемещение и вращение незакрепленных молекул биополимера как целого и колебания атомов, но и некоторые повороты вокруг отдельных связей, если они не затрагивают слишком большого числа атомов и атомных групп. Даже если такие повороты происходят на функционально значимых участках биополимера, принимающих участие в специфическом связывании какого-либо партнера, это может не иметь существенных функциональных последствий. Вращение вокруг четырех связей С—С радикала лейцина -СН СН2 СН(СНз)2, как правило, не может вывести его за пределы участка, формирующего район узнавания гидрофобной части партнера. Точно так же вращение вокруг связи CQ—амидного фрагмента аминокислоты аспара-

гина не должно драматически повлиять на его тенденцию к образованию водородных связей с соответствующим гидрофильным участком узнаваемой молекулы. Такого рода изменения, являющиеся неотъемлемыми компонентами теплового движения, не рассматриваются как изменения конформации биополимера в целом.

Однако для большого числа, а возможно, и для большинства функционально активных белков и нуклеиновых кислот могут происходить и глубокие изменения конформации, приводящие к новой структуре с резко отличающимися от исходной свойствами, в том числе способностью выполнять определенные биологические функции. Такие изменения могут существенно повлиять на взаимное расположение групп, участвующих в узнавании специфического лиганда, либо усиливая, либо ослабляя взаимодействие с этим лнгандом. Одним из таких изменений является денатурация биополимера, что, как правило, приводит к полностью неактивным молекулам, причем нередко это изменение оказывается необратимым. Однако это может быть и переход в новую определенную структуру, достаточно резко отличающуюся от исходНо'й,"'по имеющую свой структурный облик, подвер-

женный лишь тепловым флуктуацням. Такие изменения получили название направленных конформациоггных переходов: Речь идет именно о направленных переходах, поскольку если молекула вышла из некоторой устойчивой конформации, то случайное достижение некоторой другой определенной конформации, как уже не раз говорилось, требует абсурдно большого времени.

Конформационные переходы происходят при определенных изменениях условий, в которых находится биополимер. В некоторых случаях для него достаточно изменения температуры. Например, из тканей длительно голодавших кроликов наряду с активной выделяется неактивная форма тРНК, присоединяющей лейцин. Такая тРНК при действии фермента, катализирующего реакцию присоединения лейцина, не способна к этому химическому превращению. Для перевода в активную форму ее необходимо прогреть при определенных значениях рН и ионной силы. Однако наибольшее значение в биохимических процессах имеют конформационные изменения биополимера, происходящие при присоединении к нему специфического партнера.

Следует подчеркнуть^ что констатация факта коиформационного превращения и установление его природы — задачи совершенно разного порядка сложности. Любое изменение каких-либо свойств биополимера может свидетельствовать о конформационном переходе, если есть уверенность, что не произошло более глубоких, химических изменений. Действительно, все химически идентичные молекулы могут отличаться в структурном плане только своей конформацией. В то же время любое изменение физических характеристик или функций может явиться следствием только какого-либо изменения структуры, и если химические изменения исключены, то в рамках наших сегодняшних знаний не остается другого варианта, как приписать наблюдаемое изменение копформациопному переходу.

В атомном разрешении, т.е. с описанием геометрии смещения всех участвующих в конформационном переходе атомов, удалось исследовать небольшое число переходов в тех случаях, когда были закристаллизованы и подвергнуты рен-тгеноструктурному анализу высокого разрешения белки в двух различных состояниях. Одним из таких примеров является гемоглобин, который был исследован как в свободном состоянии (дезокснгемоглобпн), так и в комплексе с кислородом (оксигемоглобнн). Эти состояния заметно отличаются по своей пространственной структуре, что видно по изменению характера контактов между его субъедиппца-ми при присоединении кислорода. Сопоставление данных, приведенных в табл. 3.6, для дезокси- и оксигемоглобииа показывает, что из 17 пар взаимно контактирующих групп а-субъедииицы с одной из /^-субъедиииц при присоединении кислорода сохраняется только 8, но одновременно появляется 9 новых пар взаимодействующих аминокислотных остатков. В частности, водородная связь между Туг(а) 42 и Asp(/?) 99 исчезает и заменяется па совершенно' другую водородную связь Asp(cv) 94 с Asn(/?) 102. Все эти данные свидетельствуют о перемещении значительного числа аминокислотных остатков в обеих субъединпцах, т.е. о направленном изменении конформации.

При трактовке направленных копформацмонных переходов обычно исходят из предположения, что в системе обе кон

страница 28
< 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
(24.07.2017)