Белки олигомерная структура

ОЛИГОМЕРНЫЕ БЕЛКИ. ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ И РЕГУЛЯЦИЯ ФУНКЦИЙ НА ПРИМЕРЕ ГЕМОГЛОБИНА [c.18]

Было высказано предположение [36], согласно которому стабильность структуры макромолекул и мембр-ан обеспечивается главным образом гидрофобными взаимодействиями углеводородных фрагментов, в результате чего молекулы липидов, белков и других соединений могут образовывать в водной цитоплазме олигомерные агрегаты и мембраны. Вместе с тем наиболее активные катализаторы, т. е. большинство ферментов, растворимы в воде. Таким образом, мембраны представляют собой сравнительно стабильные тонкие пленки, примыкаю щие к водным участкам клетки, в которых легко протекают химические реакции и которые содержат полярные молекулы, растворимые в воде. [c.355]

Считают, что структурной единицей Ка , К -АТФазы является димер (ар)2, а минимальной функциональной единицей — (а(З)-протомер (или а-субъединица). Олигомерный ансамбль ((аР)2-димер) АТФазы поддерживается в основном за счет взаимодействий а-субъединиц с цитоплазматической стороны в районе АТР-связывающ их центров, что обеспечивает стабильность четвертичной структуры, необходимой для проявления функциональной активности белка. Вместе с тем с функциональной точки зрения каждая а-субъединица в стабилизированном состоянии обладает полной гидролитической и транспортной активностью. Однако вопрос о биологической роли олигомеров фермента, образуемых в мембране, изучен далеко не полностью. По-видимому, наличие олигомерной структуры Ка , -АТФазы обеспечивает возможность реализации гибких механизмов , контролирующ их активность мембраносвязанного фермента (см. раздел 2.3.3). [c.46]

Многие ДНК-связывающие белки взаимодействуют с ДНК в виде олигомерных структур, где субъединицы связываются друг с другом лейциновыми застежками . Примером таких белков могут служить гистоны. [c.13]

Если фермент имеет олигомерную структуру и построен из неидентичных протомеров, то изоферменты могут получаться в результате различных комбинаций протомеров, подобно тому, как это имеет место в случае неферментного белка гемоглобина (гемоглобины А, Е, А ). Например, лактатдегидрогеназа представляет [c.97]

Больщинство глобулярных белков—олигомеры (т.е. состоят из двух или более идентичных или разных полипептидных цепей). Примером глобулярных белков могут служить гемоглобин (рис. 1.36) и иммуноглобулин (рис. 1.37). Четвертичная структура подобных белков определяется тем, как взаимодействуют между собой в олигомерной структуре отдельные свернутые полипептидные цепи. В гемоглобине, например, благодаря взаимодействию аминокислот, входящих в состав а-спиралей и Р-слоев, образуется а(5-димер, а димеры в свою [c.62]

Атомы цинка расположены на оси симметрии 3-го порядка и связаны с тремя имидазольными кольцами гистидинов В-10. Роль атомов цинка не совсем ясна. Гексамеры легко образуют ромбические кристаллы даже внутри панкреатических клеток, синтезирующих инсулин. Структура инсулина воплощает в себе основные особенности строения олигомерных ферментов, обладающих циклической или диэдрической симметрией. Как и в случае гексамера инсулина, центральные части таких молекул часто открыты и торчащие боковые группы аминокислотных остатков (в случае инсулина имидазольные группы) образуют как бы гнезда , в которые могут входить ионы или молекулы, регулирующие активность белков. Однако функциональная роль цинка при действии инсулина остается пока неизвестной. [c.293]

Под четвертичной структурой понимают построение олигомерного белка из определенного комплекса нескольких полипептидных цепей. Ассоциация двух или нескольких полипептидных цепей происходит под действием межмолекулярных взаимодействий между полярными, ионизируемыми и неполярными боковыми группами посредством диполь-дипольных взаимодействий, водородных связей, гидрофобных взаимодействий и образования ионных пар. В исключительных случаях четвертичная структура также стабилизируется дисульфидными мостиками. [c.386]

Сформулированные принципы структурной организации природных олигопептидов являются необходимой основой для решения задачи структурно-функциональной организации этих соединений, обсуждаемой в следующем томе. Сейчас же важно отметить, что установление таких принципов подвело наше рассмотрение непосредственно к самому ответственному моменту исследования одной из фундаментальных задач проблемы белка - завершающему этапу изучения структурной организации белковых молекул и к решению вопроса о возможности априорного расчета их нативных трехмерных структур на основе известной аминокислотной последовательности, предложенной автором теории и разработанного им метода расчета. Перед обсуждением результатов конформационного анализа белков и количественной оценки функций дальних взаимодействий еще раз напомню о роли ближних и средних взаимодействий в структурной организации олигомерной аминокислотной последовательности. [c.403]

Белки НЬ-А должны быть олигомерными. В отличие от иммуноглобулинов биологическая специфичность белка НЬ-А (рис. 4.2, б) определяется только двумя (идентичными) тяжелыми цепями легкие цепи всех белков НЬ-А в организме идентичны [86, 87]. Поэтому нет необходимости в ковалентной связи легких цепей с тяжелыми такая связь должна, быть только между тяжелыми цепями. Диссоциация и реассоциация легких цепей не могут нарушить молекулярной специфичности. Трехмерная структура белков НЬ-А была предсказана на основании данных по их специфичности и известной структуре иммуноглобулинов. Таким образом, физиологические данные способствуют появлению рабочих гипотез при исследовании структуры белка. [c.65]

Глобины — это мономерные или олигомерные гемсодержащие белки. Они встречаются в разнообразных организмах, в том числе в бобах, насекомых и человеке [145]. Представители семейства глобинов участвуют в транспорте О2, в фиксации азота клубнями корней бобовых растений, регулировке наполнения плавательного пузыря некоторых видов рыб и в других биологических функциях 1549, 550]. Были изучены трехмерные структуры большого числа [c.219]

Следует, однако, иметь в виду, что детергенты, вызывая разрыв белок-белковых связей, разрушают олигомерную (четвертичную) структуру белков. [c.26]

Мембранные белки часто образуют олигомерные ансамбли, взаимодействия между которыми (или длительность их существования в бислое) оказывается под контролем их мембранного окружения. Изменения микровязкости мембран в таком случае позволяют контролировать активность этих надмолекулярных структур. [c.303]

Некоторые из этих путей включают реакции, сопровождающиеся выделением энергии, запасаемой в виде АТР, большая часть которой используется в дальнейшем для энергетического обеспечения восстановительных процессов биосинтеза. В ходе этих восстановительных процессов образуются менее реакционноспособные гидрофобные липидные групировки и боковые цепи аминокислот, которые так необходимы для сборки нерастворимых внутриклеточных структур. Структурная организация природных олигомерных белков, мембран, микротрубочек и волокон является результатом агрегации, обусловленной сочетанием гидрофобных взаимодействий, электростатических сил и водородных связей. Главный результат метаболизма состоит в синтезе сложных молекул, которые весьма специфическим образом самопроизвольно взаимодействуют друг с другом, образуя требуемые для организма структуры— богатые липидами цитоплазматические мембраны, регулирующие вместе с внедренными в них белками поступление веществ в клетки. [c.502]

Приведенные примеры указывают на важное биологическое значение олигомерных ассоциатов мембранных белков, состоящее в том, что при изменении физико-химических свойств мембраны соответственно изменяется и характер взаимодействия мембранных структур. Таким образом формируются обратные связи для приспособления обмена веществ к потребностям организма. [c.317]

Четвертичная структура осуществляется в некоторых белках, для которых характерно образование олигомерного белка из нескольких полипептидных цепей. Ассоциация цепей обусловлена межмолекулярными взаимодействиями между боковыми группами — образованием водородных связей, ионных пар и т. д. [c.630]

Возникает вопрос почему многие белки состоят из субъединиц Какие преимущества это дает по сравнению с одной длинной пептидной цепью Во-первых, наличие субъединичной структуры позволяет экономить генетический материал. Для олигомерных белков, состоящих из идентичных субъединиц, резко уменьшается размер структурного гена и соответственно длина матричной РНК. [c.122]

Рис. 8-13. Структура олигомерного белка гексокиназы, выделенного из Две.

Характерной особенностью белков с четвертичной структурой является их способность к самосборке. Легко происходит, например, самосборка гемоглобина из смеси а- и (1-цепей. Таким образом, в аминокислотной последовательности полипептидных цепей олигомерного белка закодированы как бы два уровня информации один [c.122]

Развитие методов квантовой химии, молекулярной механики и молекулярного моделирования, а также огромные возможности современных компьютеров способствовали созданию компьютерной химии (вычислительной химии) как самостоятельного раздела химической науки. Вычислительные возможности квантовой химии в настоящее время практически неограничены. Рассчитаны не только самые сложные отдельные молекулы мономерной структуры, но и олигомерные, и полимерные структуры, в частности структуры ряда белков. Например, опубликованы результаты неэмпирических расчетов электронной плотности инсулина коровы (содержит 773 атома), белка бактериофага (содержащего более 1000 атомов) и протеазы вируса ВИЧ. [c.531]

Олигомерные глобулярные белки, содержащие две или большее число полипептидных цепей, представляют собой более крупные по сравнению с одноцепочечными белками молекулы с более сложной структурой, часто наделенные регуляторными свойствами. Способ упаковки отдельных полипептидных цепей (субъединиц) в молекуле олигомерного белка назьшается его четвертичной структурой. Рентгеноструктурный анализ гемоглобина и других олигомерных [c.221]

Олигомерные белки имеют как третичную, так и четвертичную структуру [c.199]

Была установлена четвертичная структура и некоторых других олигомерных белков [c.203]

Теперь мы рассмотрим гемоглобин более подробно и попытаемся выяснить, чем определяется его способность переносить кислород из легких в ткани, а ионы Н и молекулы СО - из тканей в легкие. Мы увидим, каким образом четвертичная структура гемоглобина помогает регулировать выполнение этих важных транспортных функций. Гемоглобин представляет собой прототип или модель многих других регуляторных олигомерных белков. [c.205]

С одной стороны, олигомерную структуру белка НЬ-А в принципе можно рассматривать как недостаток, поскольку она приводит к фильтрации и деградации легкой цепи ((Зз-микроглобин, рис. 4.2, [c.65]

Качественное изменение ситуации в изучении механизмов свертывания белковых цепей наметилось в самом конце 1980-х годов. Оно вызвано открытием нового класса белковых молекул, существование которых мало кто предполагал, во всяком случае, оно представлялось маловероятным. Их функции в жизнедеятельности клеток заключаются в содействии правильной невалентной сборки других белков, не становясь, однако, компонентами их окончательных физиологически активных структур. Белки этого класса получили название молекулярных шаперонов . Открытие шаперонов вместе с известными ранее, но необобщенными и не привлекшими к себе должного внимания данными поколебало, особенно на первых порах, общепринятую точку зрения на принципы структурной организации белковых молекул. Новые факты неизбежно вели к заключению, что существовавшее представление о свертывании полипептидной цепи in vivo как о самосборке белка, по меньшей мере не совсем точно отражает реальный процесс. Необходимость пересмотра устоявшегося мнения о взаимосвязи между химическим и пространственным строением белковых молекул диктовалась новыми экспериментальными данными, число которых начинает возрастать лавинообразно. Все они свидетельствовали об уменьшении выхода, замедлении скорости и даже полном прекращении сборки трехмерных структур одних белков по мере снижения вблизи рибосом концентрации других белков. Стали известны две группы молекулярных посредников, функции которых в клеточной сборке белковых цепей оказались значительными и разнообразными. Они влияют на скорость свертывания цепи, целенаправленно ускоряя или замедляя созревание нативной конформации, определяют порядок формообразования сложных комплексов, стимулируя реорганизацию белок-белковых взаимодействий в олигомерных структурах, облегчают деградацию неправильно свернутых цепей, стабилизируют, транспортируют и соединяют в соответствующих клеточных компартментах [c.412]

Многие представления о действии и взаимодействии белков появились в ходе исследования гемоглобина. Многие представления и модели, относящиеся к взаимодействиям белок — лиганд и белок — белок, были развиты в процессе исследований гемоглобина к ним относятся сигмоидное связывание [674—676], коэффициент Хилла [677], константы последовательного связывания лигандов в олигомерных белках [678], кооперативность, основанная на конформационных изменениях [679, 680], и аллостерический контроль белков [92, 681, 682]. Следует отметить, что многие из этих концепций были введены и математически формализованы до того, как стала известна структура какого-либо белка. Очевидно поэтому актуальное значение и полезность этих конце1щий должны подвергаться постоянной проверке. Пример дифосфоглицерата, влияние которого на действие и структуру гемоглобина игнорировалось десятилетиями, свидетельствует о потенциальной опасности жестких формулировок в биологии. [c.259]

Заканчивая обзор моделей структуры биомембран необходимо отметить, что хотя все они, как правило, базируются на каких-либо экспериментах, большая их часть не способна объяснить все функциональные свойства биомембран, поскольку экспериментальные условия заведомо позволяют выявить лишь часть этих свойств. Кроме того, большинство авторов не ставило своей задачей увязать структуру мембран с вопросом их происхождения как класса надмолекулярных структур, появившихся на определенном этапе предбиологической эволюции. Ввиду этого, исследователи, предлагая модель мембран зачастую не учитывают особенности организации нижележащих уровней надмолекулярных биоструктур, вследствие чего даже такая важная особенность, как олигомерная структура белков не представлена в современных моделях (см. рис. 6). Использование эволюционного структурно-функционального подхода может служить, на наш взгляд, теоретическим основанием к построению такой модели биомембран, которая, в принципе, может содержать практически все свойства реальных биомек-бран. Результаты последовательной разработки модели биомембран, использующей данный подход, опубликованы нами в работах [5—8] и изложены в следующем разделе. [c.149]

Периодическая блочная структура. Модель предпола1ает сущес1воиа 1ие в мембранах повторяющихся структурно-функциональных блоков, что вытекает из требований реализации механизмов переноса энергии в белках и учитывает симметрию олигомерных мембранных белков. Периодичность структуры биомембран подтверждается данными электронной микроскопии и РСА, причем преобладающей является периодическая структура типа гексагональной решетки, в основе которой лежат тримерные или гексамерные интегральные мембранные белки [22, 25,30, 37, 43,, 51—531. Согласно модели, она охватывает всю структуру мембраны (см. рис. 12), хотя белковый состав по обе стороны может быть различным. Не исключается также и асимметрия липидов в мембранах [34], но, учитывая возможность иной интерпретации работ [21, 55], к этим данным необходимо относиться с осторожностью. Предлагаемая зонно-блочная модель может служить, в какой-то мере, физикохимической основой представлений о функциональных блоках в биомембранах, развиваемых А. М. Уголевым [14] [c.164]

Из1вестно, что в одном конформационном состоянии фермент лучше связывается с субстратом, чем в другом. Этот простой факт, а также тенденция мономеров белков ассоциировать приводит к ряду интересных эффектов, природа которых долгое время оставалась загадкой для ученых. Сейчас мы знаем, что кооперативные изменения конформации в олигомерных белках лежат в основе многих важных аспектов регуляции активности ферментов и метаболизма. Эти изменения вносят элемент кооперативности в связывание малых молекул (например, кислорода гемоглобином), а также субстратов и регуляторных молекул с ферментами. Вполне возможно, что многие фундаментальные свойства живых организмов непосредственно связаны с кооперативными изменениями в фибриллах, мембранах и других структурах клетки. По этим причинам было бы весьма полезно рассмотреть этот вопрос (в частности, его количественную сторону) более подробно. [c.297]

В случае белков или больших олигопептидов общая пространственная организация молекулы может быть важным фактором, определяющим положение расщепляемой связи. Это так называемая третичная спецафитость. Наконец, иногда проявляется зависимость катализа о- олигомерной структуры гидролизуемого 6ejE a четвертичная специфичность. [c.158]

От четвертичной структуры следует отличать олигомерное и агрегированное состояние белка. Структура, характеризующаяся существованием в составе белковой частицы нескольких полипептидных цепей, число которых изменяется в определенной пропорции, называется олигомерной. Крайне важно, что, — гмотря на относительное постоянство числа полипептидных связей в олиго-м.рс белка и их упорядоченное расположение, у олигомера не возникает биологической активности. Так, например, сывороточный альбумин быка существует в виде мономера (М = 68000), димера (М = 136 ООО), тримера (М = 204 ООО) и тетрамера, причем мономеры, объединяясь в олигомерные структуры, располагаются в составе ди-, три- в тетрамера упорядоченно. Однако это не сопровождается возникновением каких-либо новых качеств по сравнению с теми, которыми обладает мономер данного белка. [c.76]

Какие химические процессы лежат в основе супрессии (подавления) одной мутации другой мутацией, локализованной в иной точке хромосомы Однозначного ответа на этот вопрос дать нельзя. Редко мутация супрессируется другой мутацией, локализованной в пределах того же самого гена. Такой эффект может быть назван внутригенной комплементацией. Предположим, что мутация приводит к такой аминокислотной замене, которая нарушает стабильность структуры или функцию белка. Возможно, что мутация в другом сайте, захватывая остаток, взаимодействующий с замещенной аминокислотой, меняет характер взаимодействия двух остатков, что приводит к восстановлению функциональной активности белка. Так, например, если боковая цепь первой аминокислоты мала, а в результате мутации она замещается на более длинную боковую цепь, то вторая мутация, приводящая к уменьшению размера другой боковой цепи, может позволить образующемуся белку свертываться и функционировать подобно нормальному белку. Такой случай был обнаружен среди мутантов триптофансинтетазы [144]. Мутанты этого белка, у которых Gly-211 был заменен на Glu нли Туг-175— на ys, синтезировали неактивные ферменты, тогда как двойной мутант, т. е. мутант, в котором имели место обе эти замены, синтезировал активную триптофансинтетазу. Считают, что в большинстве случаев внутригенной супрессии происходят изменения во взаимодействии субъединиц олигомерных белков. [c.255]

Аналогично тому как аминокислоты, сахара и нуклеотиды служат строительными блоками для белков, полисахаридов и нуклеиновых кислот, так и сами эти макромолекулы в свою очередь являются единицами, из которых собираются более сложные структуры. Волокна, мик-ротрубочки, оболочки вирусов и небольшие симметричные группы субъединиц в олигомерных ферментах — все это варианты строго упорядоченной упаковки макромолекул (которую иногда называют четвертичной структурой). Рассмотрим сначала наиболее простой случай агрегации идентичных белковых субъединиц. Известно, что, хотя форма многих белков близка к сферической, тем не менее они не совсем симметричны. На приведенных ниже рисунках это их свойство несколько преувеличено, чтобы более четко проиллюстрировать общие принципы упаковки. [c.270]

Свертывание пируваткиназы обеспечивается L-валином. Влияние аминокислоты ь-валина на ренатурацию пируваткиназы [466f дрожжей и треониндезаминазы Е. oli [468] иллюстрирует две различные функции, которые могут выполнять лиганды в процессе образования активных олигомерных белков. Пируваткиназа [467] — эго тетрамерный фермент, построенный из четырех идентичных субъединиц, каждая из которых содержит одну молекулу невалентно связанного L-валина. Субъединицы диссоциируют и развертываются при действии 6 М гидрохлорида гуанидина. При выдерживании в ренатурирующей среде L-валин служит специфичным инициатором процесса повторного свертывания. Он индуцирует ренатурацию с константой скорости псевдопервого порядка по отношению к мономеру, а это означает, что L-валин влияет на свертывание мономерной формы в ее нативную конформацию и что завершающим процессом является спонтанное образование тетрамерного фермента. ь-Валин остается составной частью всей структуры молекулы Нативного белка [466]. [c.191]

Под четвертичной структурой подразумевают способ укладки в пространстве отдельных полипептидных цепей, обладаюгцих одинаковой (или разной) первичной, вторичной или третичной структурой, и формирование единого в структурном и функциональном отношениях макромолекулярно-го образования. Многие функциональные белки состоят из нескольких полипептидных цепей, соединенных не главновалентными связями, а нековалентными (аналогичными тем, которые обеспечивают стабильность третичной структуры). Каждая отдельно взятая полипептидная цепь, получившая название протомера, мономера или субъединицы, чагце всего не обладает биологической активностью. Эту способность белок приобретает при определенном способе пространственного объединения входягцих в его состав протомеров, т.е. возникает новое качество, не свойственное мономерному белку. Образовавшуюся молекулу принято называть олигомером (или мультимером). Олигомерные белки чагце построены из четного числа протомеров (от 2 до 4, реже от 6 до 8) с одинаковыми или разными молекулярными массами —от нескольких тысяч до сотен тысяч. В частности, молекула гемоглобина состоит из двух одинаковых а- и двух 3-полипептидных цепей, т.е. представляет собой тетрамер. На рис. 1.23 представлена структура молекулы гемоглобина, а на рис. 1.24 хорошо видно, что молекула гемоглобина содержит четыре полипептидные цепи, [c.68]

Биологические мембраны представляют собой динамическую структуру, компоненты которой подвержены быстрому метаболизму. Благодаря этому липвдное окружение мембранных белков обладает способностью в соответствии с изменением условий функционирования изменять свои физикохимические свойства упаковку, микровязкость, латеральную подвижность компонентов в бислое и т.д. Подавляющее больщинство мембранных белков функционирует в составе олигомерных ансамблей, например в дыхательной цепи митохондрий. Транспортные белки также организуют ассоциаты в бислое димеры (Са -АТФаза), тетрамеры (Ка /К -АТФаза) или даже более высокоорганизованные надмолекулярные комплексы. [c.316]

РНК-полимераза Е. oli изучена наиболее подробно. Это олигомерный фермент, состоящий из двух одинаковых а-субъединиц (мол. масса 36000), двух разных ( j и Р,)-субъединиц (мол. масса соответственно 151000 и 155000), (D-субъединицы (мол. масса 11000) и а-субъединицы общая мол. масса фермента около 390000. Считают, что функция а-субъединицы (а-фактор)—узнавание определенного участка на матрице ДНК, названного промотором, к которому присоединяется РНК-полимераза. В результате образуется так называемый открытый комплекс фермента с ДНК двухцепочечная структура ДНК раскрывается ( плавится ). Далее на одной из нитей ДНК, как на матрице, синтезируется мРНК синтез заканчивается в определенной точке в конце гена или прерывается под действием особых белков. Другим субъединицам фермента приписывают функцию инициации биосинтеза РНК (а-субъединицам) и основную каталитическую функцию (связывание субстратов и элонгация синтеза) — -субъединицам. Кроме того, открыт ряд белков, принимающих участие в механизме синтеза РНК в клетке. В частности, исследуется природа репрессорных белков и белка-терминатора (р-фактора). Последний обладает способностью обратимо связываться с терминирующими участками ДНК (так называемые стоп-сигналы транскрипции), выключая действие РНК-иолимеразы. При отсутствии этого белка образуются исключительно длинные цепи РНК. [c.489]

Белки, имеющие четвертичную структуру, часто называют олигомерными. Различают гомомерные и гетеромерные белки. К гомомерным относятся белки, у которых все субъединицы имеют одинаковое строение. В качестве примера можно привести белок каталазу, состоящую из четырех абсолютно равноценных субъединиц. У гетеромерных белков отдельные субъединицы не только отличаются по строению, но и могут выполнять различные функции. Например, белок РНК-полимераза состоит из пяти субъединиц различного строения и с неодинаковыми функциями. [c.40]

О2, СО2, ионами Н и ДФГ, а также изменениями в четвертичной структуре гемоглобина в цикле оксигенация-де-зоксигенация. Таким образом, субъединицы гемоглобина, подобно субъединицам других олигомерных белков, способны передавать сигналы о регуляторных взаимодействиях посредством конформациопных изменений молекулы белка. Изменения в аминокислотной последовательности глобулярных белков, обусловленные генными мутациями, например замена двух аминокислотных остатков в молекуле гемоглобина при серповидноклеточной анемии, могут вызвать значительные изменения конформации белка и, следовательно, сказаться на его биологических функциях. [c.222]