Филиппович Ю.Б. - Основы Биохимии

белковой молекулы и не сопровождается какими-либо изменениями первичной

структуры. Поэтому при денатурации белка нарушаются главным образом

дисульфидные мостики, солевые и водородные связи, а также mдрофобные

взаимодействия в белковой молекуле. При определенныIx условиях денатури­

рованный белок можно частично или полностью вернуть к исходному состоя­ нию. Такой белок называют ренатурированным. Современная фундаменталь­ ная биолоmя уделяет огромное внимание нарушению нативной конформации белков, связывая с нею важнейшие свойства клеток и, в частности, денатураци­ онный механизм повреждения последних.

НОМЕНКЛАТУРА И КЛАССИФИКАЦИЯ БЕЛКОВ

Несмотря на то что первичная, вторичная и четвертичная структуры белков изучены в значительной степени и прогресс в этой области продолжается, до

сих пор не создано ни строгой номенклатуры, ни научной классификации

белков. Названия белкам дают по случайным признакам, чаще всего принимая

во внимание источник вьщеления белка (например, наименование авидин­

белок яйца-происходит от лат. аvis-птица; казеин-белок молока-от

лат. саsеus-сыр;фазеолин-главный запасной белок фасоли-Рhаseоlus' vulgaris и т. п.) или учитывая растворимость белка в тех или иных агентах, форму

молекулы, аминокислотный состав и т. п.

Столь же несовершенна и классификация белков. В зависимости от поло­ женного в основу классификации признака среди белков выделяют те или иные

узкие или широкие группы. Так, характеризуя белки по степени сложности,

среди них вьщеляют две большие группы: простые и сложные белки. К про­ стым белкам, или протеинам, относят белки, дающие при гидролизе только аминокислоты. Сложными белками назьmают вещества, состоящие из протеи­ на (простого белка) и добавочной группы небелковой природы. Поэтому ранее было принято называть сложные белки протеидами, т. е. подобными протеи­ нам. Однако сейчас от этого термина отказались, и в зависимости от химиче­

ской природы добавочной группы эти белки называют хромопротеинами,

липопротеинами, гликопротеинами. нуклеопротеинами. металлопротеинами

и т. п. Простые белки часто обозначают как однокомпонентные, а сложные­

как двухкомпонентные.

По форме частиц белки делят на фибриллярные (волокнистые) и пюбуляр­ ные (корпускулярные). Фибриллярные белки характеризуются очень высоким

отношением Ь/а (несколько десятков единиц), их молекулы нитевидны и обыч­

но собраны в пучки, которые образуют далее волокна. К числу фибриллярных

белков принадлежат фиброин шелка, кератин волоса, коллаген кожи и др.

Белки, имеющие невысокое отношение Ь/а (в пределах нескольких единиц) и,

следовательно, палочкообразную форму молекулы, назьmают корпускуляр­ иыми (корпускула-частица) или глобулярными. Подавляющее число природ­

ных белков относится к корпускулярному типу.

По отношению к некоторым условно выбранным растворителям среди

б~лков различают протеиноиды, альбумины, глобулины и проламины.

К иротеиноидам относят белки, не растворяющиеся в обычных раствори­

телях белков: Boдe~ солевых и водно-спиртовых смесях. Данное качество

присуще почти всем фибриллярным белкам. Однако в специфических агентах протеиноиды хорошо растворяются: так, например, фиброин шелка полно­ стью переходит в раствор при обработке дихлоруксусной кислотой, безводной

плавиковой кислотой, концентрированным раствором роданида лития или

бромида калия и т. п.

80

к альбуминам причисляют белки, отлично растворяющиеся в воде и креп­

ких солевых растворах; в последнем случае принимают, что для альбуминов

характерна растворимость в водном растворе (NH4)2S04, где концентрация

сульфата превышает 50% от насыщения. При переходе к очень концент­

рированным растворам (NH4)2S04, вплоть до полностью насыщенныI,' аль­

БуминыI высаливаются.

Кглобулинам принадлежат белки, не растворимые в воде, но растворимые

всолевых растворах умеренных концентраций. XapaкTepПLIM признаком глобу­

линов считают их полное ,осаждение при полунасыщении раствора (NH4)2S04. Проламины представляют группу белков, растворимых в 60-80%-ном

водном растворе этилового спирта.

По аминокислотному составу некоторые белки отличаются своеобразием, и это тоже дает основание делить их на группы. Так, белки, содержащие

в составе молекулыI 80-90% арг и ограниченный набор (6-8) других амино­

кислот, относят к группе протаминов (простейшие белки). Они широко пред­

ставленыI в молоках рыб. типичныIM представителем их является, например,

сальмин из молок семги, содержащий (в %) 85,2 арг, 9,1 сер, 5,8 про, 3,1 вал, 3,0 гли, 1,6 иле, 1,1 ала и лишенный всех других аминокислот, обычно встреча­ ющихея в белках. Другая группа белков со своеобразным аминокислотныIM составом-гистоны. Эm белки отличаются высоким содержанием OCHOBПLIX аминокислот: арг, лиз и гис (не менее 30%) и в значительных количествах

содержатся в ядрах клеток. Спирторастворимые белки-проламивы-также

имеют характерный аминокислотный состав: в них много глу (20-50%) и про (10-15%), в связи с чем они и получили свое название. Проламины выделеныI

только из растительных объектов.

Приведенная классификация крайне несовершенна. В ее основу положены

случайные признаки, зачастую приводящие к противоречиям' и путанице.

Например, деление белков на простые и сложные с развитием аналитических

методов и уточнением состава белковых тел все более затрудняется, так как

тонкий анализ во многих случаях позволяет обнаружить в составе типичныIx

простых белков незначительныI,' но стаБильныIe примеси соединений, не явля­ ющихся аминокислотами (металлы, аминосахара и др.). Яичный альбумин,

например, долгое время считали mпичным простым белком, но недавно в нем

найдено около 2% маннозы. К глобулинам, как было указано выше, относят

белки, не растворимые в воде и высаливающиеся при 50%-ном насьпцении

раствора (NH4)2S04' Однако существует большая группа белков, раствори­

мых в воде, как альбумины, но высаливающихся, как глоБулиныI (их называют

псевдоглобулинами). Число таких примеров можно было бы умножить. Поэ­

тому предприняты попытки, основываясь на успехах химии и биохимии белков, дать им научно обоснованную классификацию.

Первая попытка состоит в классификации белков в соответствии с особен­

ностями их вторичной и третичной структуры. Согласно этой классификации

среди глобулярных белков выделяют 4 класса: (х, 13, C't +13 и C't/ р. к классу

C't-белков относятся глоБулярныIe белки, содержащие только C't-спиральные

конформации в количестве не менее 60% от составляющей их полипептидной

цепи; к классу f3-белков- содержащие только f3-структурLI в виде, как прави­

ло, не менее двух антипараллельных цепей; к классу C't +Р-белков - содержа­ щие те и другие структуры в пределах одной и той же полипептидной цепи,

причем один домен собран из (Х-структур, а другой-из Р-структур; к классу

C't/f3-белков-содержащие многочисленныIe (Х- и f3-CТPYКTYPLI, либо чередующие­

ся вдоль полипептидной цепи, либо расположенныIe так, что один или несколь-

\ко Р-слоев окружены несколькими C't-спиралями каждый. доменыI у r:i/ Р-белков составлены, как правило, из (Х- и f3-CTPYКTYP (рис. 40).

81

А								с'	~ t'
		~
							~ UU L
							.J	;1""		r"I
							~			~
								\)--
Миомооuн		Pg5prDOKGUH	РUООН!lКЛВQ3Q				ТрUО30фDсфаmUJO""раJа
(а.-бглок)		ГЛ-оелох)	(a+.P-6влок)				(alfJ-6еЛDК)
.	•-
	-
	-	ЭРi10gmОlrСUН					фЛQ60до/(сuн
МUО8емэрumрuн
	(а-4влок)	(jJ-4елох)					(a/A-6ВЛОIf)
Рис. 40. Классификация глобулярных белков в соответствии с предста·
	вительством и расположением в их молекулах а· и j3.струпур:
A-pIICПоло",.ние 11'. ~YKТYP (обозначены круж"ами R пр.моугольникамн соответственно) в 11',
/1-, 11+f!- R ll/lI-белках; ctpeJW\МИ YJ:ВЭВН "од ПОJlllIlеrrmдной цеПJI от N'KoHuaк С'КОНЦУ молехулы;
МRоглобив-белок мьшщ, отвеТСТИСННЫ!! за свазывание "ИCJIорода; рубредо"сив-аелезопротенн,
прlПlJlМllЮIIПIЙ )'Ч8C11IО 8		о,,"слнтельво-иосстановнтеnьныJt проиессах; рибонyкnевэв - фермент,
yarор8ЮUIRЙ PeaЦtIIO n;qюnи~ ри&пyuениоаых киcnот; "tpRO,офосфати,омераза-ферМ.RТ, о·
Т&JIIIЗНРУЮUIIII превращевие фосфоглицеривового ал"дегнда в фО<:фодиоксиаueтон; Б-строение
"tpex предcтuитeлoll 11',		/1- R ct/f!-белков, где а-структура предстввлена 11 виде cnиралel!, а f!-
erpyrrypa-8 81U1e c:тpIIJIOK; _огеМэpIIТpив-жenеэоnpотеив, с••зыll&Il!1lй,' подобно миоглобиRУ,
""слород (два атома железа показаны заштрихованиыми кружками, расположенными между дво!!.
__ a-<:ПНРIlJlJlМИ); эрабутокснв-в.l!poтоксив бcпJ;оаоll природw, вwделеllный из I!ДB морско.
змеа (пyвnвром покaзaвw 4 дисул>офllДВWX MOCТВn В его молекупе, предcтaвnенной ПОЛRпептидной
цепью 113 61 аМИВОDICJI011l0ГО ОС1'8ТК11);			флаводоксии-белО'" ВWПОЛRIIIOUПI. роль						переносчика
атомо••одорода (в roлОIlВОЙ "аст. p.cym;a показавв в 81U1e трех IЮRдеНСИРО8В,mых wестичлениых
	колец rpУППИРОВJ:а. ответственна. за передачу атомов водорода)

Большинство оцененных с этой точки зрения глобулярных белков от­

носится IC (x/P-ICЛассу, которому по численности лишь немного уступает Р-класс; Ct-класс и (х+ Р-класс глобулярных белков менее распространены,

чем два первых. Следует иметь в виду, что есть крайне немногочисленные глобулярные белки, полностью лишенные какой-либо канонической вто­

ричной структуры и не ОТНОСJПЦИеся но: к одному из отмеченных выше

классов.

Вторая попытка сводится к классификации белков в соответствии с выпол­

няемыми ими функциями. По этой классификации среди белков выделяют следующие группы: 1) каталитически активные белки; 2) белки-гормоны;

3) регуляторные белки; 4) защитные белки; 5) токсические белки; 6) транс­

порmые белки; 7) структурные белки; 8) сократительные белки; 9) рецептор­

ные белки; 10) белки-ингибиторы фермеmов; 11) белки вирусных оболочек;

12) белки с иными функциями,

Конечно, деление белков на поименованные выше группы представляет

классификацию, еще далекую от совершенства, и в случае бифункциональных

белков приходится отдавать предпочтение одной, естествеmю, главной функ­ ции. Но в каждой из перечисленных уже удается подметить некоторые черты

общности структуры, свойств и функциональной активности включенных в ее состав конкретых белков. Это позволяет более глубоко понять соотношение

82

структуры и функции в белковых молекулах, открывает возможности для

обобщения материалов, касающихся взаимодействия белков с соединениями

других классов (нуклеиновыми кислотами, липидами и др.), дает основание

для обсуждения закономерностей эволюции белковых тел, структурных и ге­

нетических основ их видовой специфичности и других насущных для химии

белков и биологии в целом проблем.

ХАРАКТЕРИСТИКА ОТДЕЛЬНЫХ ГРУПП БЕЛКОВ

Каталитически активные белки. Массовая расшифровка первичной и чет­ вертичной структур каталитически активных белков (ферментов) и исчерпы­ вающие сведения о третичной структуре некоторых из них позволили прийти

кобобщениям, касающимся специфики строения белков, относящихся к этой группе, и связи последней с каталитической функцией этих белков. Не вдаваясь в детали (см. гл. 111), отметим, что специфика строения ферментов сводится

кследующему.

et.-Спиральная и Р-складчатая структуры, представленные в том или ином

количестве в их молекулах, тесно прилегая друг к другу и чередуясь, упаковьmа­

ются в блоки, обладающие функциональной активностью. Даже неупорядочен­ Hь~e фрагменты полипептидной цепи частично, но своеобразна структурированы, образуя, например, (О-петли и другие квазиструктурные элементы. Радикалы аминокислот, несущие заряды, направлены, как правило, к поверхности глобулы,

итолько те из них, которые имеют функциональное значение и ассоциированы

сдругими полярными радикалами, ориентированы внутрь глобулы. В противо­

положность этому на повер~ости глобулы обнаруживается ограниченное число

гидрофобных радикалов аминокислот; большинство из них обращено внутрь

молекулы, где они объединяются в одно или несколько гидрофобных ядер.

умногих белков-ферментов указанные ядра сходпы и служат, если их несколько, центрами для формирования двухили многоядерной белковой

глобулы. Thк построены многие ферменты-мономеры (см. рис. 34, структура

рибонуклеазы и лизоцима). На границе двух (или более) оформленных или

отчетливо не выраженных частей молекулы фермента располагается активный

центр, локализованный в щели или впадине. Глубина, форма и размеры

последней соответствуют пространственной структуре субстрата, чем обес­

печивается специфичность дейстВия каталитически активных белков.

Структура самого активного центра организоваltа столь тонко, что делает

возможным строго координированное в пространстве и во времени осуществ­

ление каталитического акта. Большинство ферментов располагает аллостери­

ческими центрами, которые служат для контакта с аллостерическими регулято­

рами их активности. Большая часть каталитически активных белков обладает

четвертичной структурой, которая в значительной мере предопределяет спо­

собность ферментов образовывать изоферменты; с изучением последних свя­ зана новая и увлекательная область ферментологии.

Перечисленные основные особенности строения ферментов показывают,

что между структурой их молекул и способностью ускорять протекание соот­ ветствующих химических реакций существует теснейшая взаимосвязь. харак­ терная именно для этой обширной группы белковых тел.

Белки-гормоны. Характерной особенностью этой группы белков является

способность воздействовать на фундамеитальные механизмы регулиции обмена веществ: проницаемость клеточных мембран и биосинтез вторичных посред­

ников.

83

Изучены структура и биологическая активность нескольких десятков бел­

ковых гормонов (см. гл. ХН). Молекулярные массы подавляющего·их числа

лежат между 20000 и 30000 Да. Самой важной особенностью белковых гор­

монов является наличие в составе их полипептидных цепей относительно

небольших фрагментов (до нескольких десятков аминокислотных остатков),

которые являются носителями гормональной активности, тогда как остальная

часть полипептидной цепи несет какие-то иные функции, в частности видоспе­

цифические. В составе белковых гормонов выявлены якорные площадки,

обеспечивающие их соединение с рецептором гормона. Их вторичная структу­

ра дополняет или продолжает таковую рецептора гормона, в результате чего

возникает комплементарно завершенный комплекс, необходимый и достаточ­

ный для формирования биологического сигнала.

Регуляторные белки. Исследование группы регуляторных белков осуществ­ ляется в последние годы необычайно интенсивно, так как их функциональная

активность связана с репрессией идерепрессией генома и регуляцией таких важиейших процессов, как рост, развитие и морфогенез раетений и животных.

Одной из наиболее изученных подгрупп указанных белков являются гисто­

ВЫ (см. с. 81), локализованные в хроматине клеточных ядер, где они ассоци­

ированы с ДНК. Гистоны, входящие в состав хроматина, не отличаются

большим разнообразием и отесены к пяти видам, которым различные

авторы в разное время присвоили те или иные названия или индексы

(табл. 9).

Таблица9

Классификация, иомеиклагура и физико-химическая характеристика I1IСТОИОВ

		Номенклатура					§.		Б
							..,
				{,	..	g~		о.	""
							'"
историческая	по Иван ндр.					u	:ос	..	..~ ..
		>'>.		>. •	i	;;;::1	"	'"	~~
		!;!	о.	:: :0.		.,-	i1J	~	",r;!
		!oi	:::	....	~		"i3
		" ...		~,.,				>.
		1:;[ ..		с..»	8-	""~"	"	~I1
		,,1lI		,,=	..			"и	J~
		" ..		,,1j	8	8..,,::.:=	б'"	~~
Лизиновые	Богатые ала,
		fI		1			20	21000	215
	очень богатые лuз				НI	КАР
Умеренно лизиновые	Богатые лей	Ла		I1Ь1	Н2а	LAK	1,2	14500	129
	Богатые сер	f2b		I1Ь2	Н2Ь	КAS	2,5	13800	125
Аргининовые	Богатые глу и арг	f3		IП	нз	ARE	0,7	15300	135
	Богатые глu и арг	f2aI		IV	Н4	GRK	0,8	11 300	102

Прuмечанue. Трехбуквениая номенклатура rистонов основана на перечвслении в их составе трех преоблада­ ющих аминокислот (в порядке убывания), rде А-аланин, G-rлицин, Е-rлутаминовая кислота, К-лизни, L-лейпин, Р-пролин, R-арrинин, S-серин. Однако, весмотри на нarлядвость, она пока не получила

распространения.

. Первичные структуры гистонов из различных биологических объектов

(эритроциты цыпленка, семенники карпа, зобная железа свиньи, теленка и бы­ ка, семена гороха и многие другие) выяснены и внутри каждого вида гиетонов оказались весьма сходными, более того -консервативными, за исключением, пожалуй, гиетона Нl, варьирующего как по молекулярной массе, так и по

последовательности аминокислотных остатков.

Что касается вторичной и третичной структур гистонов, то они характери­

зуются присутствием коротких C't-спиральных участков и доминированием

неупорядоченной полипептидной цепи, образующей на участках, богатых

84

основными аминокислотами, растянутую·спираль с 2,5 аминокислотными

остатками на виток и шагом в 0,8 нм.

Соединяясь с ДНК ионными связями и силами слабых взаимодействий,

гистоны стабилизируют ее структуру. Естественно, что дестабилизация ДНК,

необходимая для проявления ее матричной активности, осуществима лишь

при ослаблении (в силу тех или иных причин) связей между ДНК и гистоном, чем и определяется регуляторная роль гистонов в функционировании генома.

Согласно современным данным, первый уровень структурь, хроматина ре­

ализуется в виде нуклеосом (см. гл. VI).

Другая подгруппа регуляторных белков, также локализованная в хромати-

. не ядра клетки,-иегистоновые белки. Они изучены в гораздо меньшей степе­

ни, чем гистоновые. Эти белки крайне гетерогенны, так как при их фракцио­ нировании методами электрофореза и изоэлектрофокусирования в полиакри­

ламидном геле обнаружено около 500 полипептидов с молекулярными

массами от 5000 до 200000 Да. Некоторая ~aCTЬ негистоновых белков активно

участвует в дерепрессии генома, препятствуя образованию суперспирализован­

ной ДНК на тех ее участках, где они присоединились в S-периоде цикла

деления клетки.

Негистоновые белки группы высокой подвижности (НМG-белки), изучен­

ные в последние годы достаточно подробно, способствуют присоединеншо гистонов к ДИК, формированшо нуклеосом и взаимодействию с хроматином

roрмон-рецепторных комплексов.

Перечень регуляторных белков, равно как и данные о соотношении их

структуры и функций, непрерывно расширяются. К категории регуляторных белков относят: более десятка белковых факторов, участвующих в репликации

ДНК (см. гл. VI); белки, ковалентно связанныIe с ДНК и РНК вирусов и фагов

и инициирующие репликацию нуклеиновых кислот у них; более 50 ядерных

белковых факторов, усиливающих или ослабляющих транскрипционные процес­

сы (см. гл. VI), механизм узнавания которыми специфических последовательно­

стей нуклеотидных остатков в молекуле ДНК при посредстве определенных

олигопептидных фрагментов в составе белковых транскрипционных факторов все

более проясняется; болеедвухдесятков факторов инициации, элонгации и терми­ нации, контролирующих этапы сборки полипептидных цепей при биосинтезе белков (см. гл. VH); белки теплового шока (а в более широком понимании­

стрессовые белки), возникающие при тепловоми 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 охарактеризованыI,' регулирующие биосинтез циклических аденозин- и гуанозинмонофосфатов-вторичных посредников при передаче

гормональных и иных сигналов (см. гл. XIH); онкобелки, противоборство которых сантионкобелками приводит к злокачественномуперерождениюклеток;

кейлоныи антикейлоныI' имеющие отношениек регуляции пролиферацииклеток. 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 соеДШIений, вирусов, бактерий, клеток и тканей. Для обозначения белков, синтезирующих­ ся в организме в ответ на антигенное воздействие, предложен термин­

иммувоглобулииы (сокращенно Ig). Так как они впервые были обнаружены

85

СООН СООН

сь NН2

I

I

I

I

Рис. 41. Варианты связывания регуляторных белков с ДНК

в JIeIоl части рисуша перекрещенныо а-спирали регУЛlIТорноrо бел][а 83aRМодеllстеуют с симметрично

расположеllными центрами связыванн" в двойной спирали ДИК. локализованные в большом ",елобе ДИК. Узнающая а-спираль представлева тёмным цвлиндром, а расположеина~ над Hell другая а-спираль (белый ЦIШIIIIДp) помогает распознать СВll3ыnющиi! центр. В средне. части РИcyJllа-РР'а,надвторичная структура

с атомом Zn в центре (св.зан с ДВyмR остатками цвстеина (С) Р",лоя и двумя остатпми mстидина (Н)

8 .."'nиpaпи), ОllecпечиaaIOщак зnеnpocтaтачC>Cl<иl тип СВ"3И С ДИК за ""от диполя в рр'a-CТP}'I<TYJ!C

(ПОЛJIрные области заштрихованы). В правой части РИcyJllа-димер регуляторного белж8, схрепленныll. rидpофобиоll З&СТе1ПоlI богатых лellцвном a-сnиpaлeR; пyиrrиpoм ПОJ<азана ось вращательноlI симметрии;

3IWТpПОllllВВWМИ ПРlМOyrольнпами-8ЫСОJ[ОOCRО8НЫО фрагменты, пр_о в,вимодсRcтвующие С ДИК, cтpe.!ПВМII-naрвые полуцевтры распознавании свйта СВ"ЗЫВВНИR в дик

В.медленно движущейся при электрофорезе белков сыворотке крови фракции

'У-глобулинов, их называют также 'У-пммуноглобулинами.

Согласно современной классификации, существует 5 видов иммуноглобу­

линов (lgG, IgM, 19A, IgD и IgE), структурные элементы молекул которых

представлены легкими и тяжелыми полипептидными цепями (рис. 42). Их

молекулярные массы лежат в пределах 150000-950000 Да. Тяжелые цепи различных иммуноглобулинов обозначают строчными буквами греческого

алфавита соответственно прописным буквам латинского алфави~а, которые

служат для указания вида иммуноглобулина, т. е. для IgG-'У (гамма); IgM-Jl

(мю), 19A-а (альфа), IgD-б (дельта) и IgE-Е (эпсилон). Тяжелые полипеп­

пщные цепи (Н-цепи, от англ. hеаvу-тяжелый) у разных видов иммуно­ глобулинов отличаются друг от друга. Наоборот, легкие полипептидные цепи (L-цепи, от англ. light-легкий) у разных иммуноглобулинов только 2 типов:

)с (каппа) и л (ламбда). В свою очередь, у некоторых иммуноглобулинов

отмечено существование подвидов, например IgG1 , IgG2 , IgGз и IgG4 , в небо­

льшой мере отличающихся друг от друга первичной структурой полипептид­ пых цеПей. Основную массу иммупоглобулинов сыворотки крови человека

сocrавлиетIgG (75-85% отихсуммы);19A содержитсявнейв количестве7-15%, IgM-5-10%, IgD-О,3% и IgE-0,003% (тоже от суммы). 19A локализован, кроме того, в секретах (слеза, слюна, желчь, кишечный сок и т. п.) И лимфе.

ПеРВИЧНaJI структура тяжелых и легких 'цепей многих иммуноглобулинов

выяснена: в тяжелых цепях зафиксировано от 439 до 450 ('У-цепи) и от 568 до 576

(J.1-цепи) аминокислотных остатков, а в легких- от 208 до 220. Удивительной

особенностью является то, что как в легких, так и в тяжелыIx цепях иммуногло6улинов выявлены вариабельные зоны, расположенные преимущественно в пер-

86

lИnервариal5eльныА

домен

леrкоА цепи

ТJlЖелая цепь

(44б амИИОDCnOПlЫII

остапов)

ГипервариабелЫПйА домен тяжелой цепи

/

Леnaul цепь

(214 амИНOЮlCnO'ПlЫX

С остаПOll)

L

s

I	Комплемевт-СВЯЗЫllUOщиА
	домен
s

s
I	Oлиrocaxaрид-содержащиА
	домен

СООН СООН

Vи и VL -вариабельные домены

CL и Си-константные домены

Рис. 42. Структура иммуноглобулина G 1 человека

Две леnrие и две ТII",елые полипеmидные ueпи попарно СВ8Э8RЫ ДИОУЛЬФИДНЫМИ (--S-S-)-с8J1ЗIIМИ; в ОжДОЙ Jn цепеА ecn

внутренние ДИСУЛЬФИllНые мocrИJrlll, отrpаНИЧRВ8.юшие разнообразные домены; СН1, СНI, Сн,-константные домен.. ТIDI:СЛОЙ цеП8

вой половине цепи, т. е. со стороны аминогруппы. В отличие от этого первичиьrе структуры легких и тяжелых цепей у различных иммуноглобулинов близки во

второй их половине, т. е. со стороны С-концевой аминокислоты. ВариабельtIая

часть молекулы ответствеfша за взаимодействие иммуноглобулинов с разнооб­

разными антигенами, тогда как часть, отличающаяся относительным постоян­

ством первичной структуры, выполняет общие для всех иммуноглобулинов функции (связывание комплемента, фиксация на мембранах).

Высшие параметры структуры у различных пммуноглобулинов еще более

однотипны и получили название иммупоглобулиновой упаковки, характеризу­

ющейся стандартным расположением доменов по отношению друг к другу

и общими закономерностями их пространственной ориеtIтации. Определенную роль в функционировании иммуноглобулинов играют углево·

ДЫ, входящие в их состав в количестве от 2 до 12%. Они присоединяются

87

к легким и тяжелыIM 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 сиаловаякислота в соотношении, в большинстве случаев близком к 4: 3 : 2 : 1: 1.

Таким образом, в строении иммуноглобулинов удивительно тонко сочета­

ется взаимосвязь структуры и функции и необыкновенно наглядно выступает

специфика молекулярной организации белков, характеризующихся определен­

ной, в данном случае защиmой, 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 полу­ чена 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 любопыmо, что токсины ядов змей, характеризующиеся молекуляр­

ными массами от 6700 до 7000 Да, составлены в большинстве случаев из 60 аминокислоmых 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 микроорганизмови растений. Структура имеханизмдействиянесколькихдесятков из них выяснены. В одних случаях онипредставленымультимерами (дифтерийный

ихолерныйтоксины, токсин шигеллыидр.), построенными из однойсубъединицы

типа А (20,0; 28,0 и 32,0 кДа соответственно) и пяти субъединиц типа В (25,0; 12,0

и7,7 кДасоответственно). Контактируясклеточной поверхностью субъединицами

типа В, онивводятсубъединицутипа Авнутрь клетки, где она блокируетбиосинтез

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 кинактивации 60S субчастицы рибосомыи прекращению синтеза белка. В третьих-одноцепочечны (энтеротоксин из стафилококка, гемолизин из

кишечнойпалочки,стрептолизинидр.)И ихкрупныеполипептидные цепи (от 34до

110 кДа) встраиваются в клеточную мембрану, образуют в ней поры, что

сопровождаетсялизисомклетки. Здесь, как ив случаенейротоксинов, прослежива­ ется тесная связь структуры и функции токсических белков.

Траиспортные белки. Представителем транспортных белков является сыво­

роточный альбумин. Он вьщелен 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 65000, изоэлектрическая точ­ ка (pI)-4,7 (при ионной силе 0,15). ОН способен образовывать димеры

с константой седиментации 6,7S. Первичная структура сывороточного аль­ бумина человека, состоящего из 585 аминокислотных остатков, выяснена.

Из других белков сыворотки крови человека транспортными функциями

обладают церулоплазмин (М = 160 000, рI= 4,4) - переносит ионы	меди из
печени в клеточные органеллы; трансферрин (М = 90 000, рI= 5,9) -	переносит
ионы трехвалентного железа; Р-липопротеин (М = 3200000, рI= 5,4) - перено­

сит. липиды, жирорастворимые витамины и гормоны; та же функция свойст­

венна другим липопротеинам сыворотки крови. Липопротеины очень низкой плотности у человека ежесуточно переносят 25-50 г эндогенных триглицери...

дов, а другие их виды-холестерол, Р-каротин, фосфолипиды, углеводороды

и ациклические спирты. Широко известными транспортными белками, перено­ сящими кислород, являются гемоглобины позвоночных и ряда низших живот­

ных, гемоциаиины моллюсков, ракообразных, паукообразных и мечехвостов, гемэритрины (коричневые дыхательные белки) кольчатых червей, хлорокруо­ рины (зеленые дыхательные белки) многощетинковых червей, гемован8дииы (содержащие ванадий) морских животных (оболочников).

Транспортные белки характерны не только для биологических жидкостей.

В последние годы внимание исследователей особенно привлекли белки, встро­ енные в наружные и внутренние мембраны клеток и обеспечивающие перенос

через них разнообразных низко- и высокомолекулярных веществ. Эm белки получили название порины, так как они образуют в мембранах поры, через

которые идет транспорт. Некоторые из этих белков (порин 1 из наружной

мембраны кишечной палочки-молекулярная масса 37205 Да, 340 аминокис­

лотных остатков; порин из митохопдрий 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

••

•

Рне. 43. Переное веществ через мембраны прн посредстве белков:

А -вращающиiiсм белОl<-переносчих; Б-подвижныii белOl<-переносчик; В-пора, образован· ван из белхоа-переносчиков

89