Биохимия - Химические реакции в живой клетке Том 1 - Д. Мецлер 1980
Как молекулы соединяются друг с другом
Упаковка макромолекул
Олигомеры, содержащие субъединицы разных типов
Многие ферменты, чехлы вирусов и более сложные молекулярные структуры построены из протомеров двух или большего числа типов. Наиболее детально изучен гемоглобин — тетрамерный белок (а2β2), построенный из двух хотя и похожих, но не идентичных субъединиц, а и ß (обе имеют мол. вес, равный 16 100). Аминокислотные последовательности субъединиц весьма сильно различаются, и тем не менее укладка полипептидных цепей в обеих субъединицах гемоглобина почти одинакова (и весьма сходна с укладкой полипептидной цепи в мономерном миоглобине) [56]. Если бы не эти различия, молекула гемоглобина была бы высокосимметричной с указанным на рис. 4-9, В типом взаимодействий и тремя осями симметрии 2-го порядка. Принято говорить, что молекула гемоглобина имеет одну истинную ось симметрии 2-го порядка и две оси псевдо-2-го порядка. В ней имеется два набора чисто изологических взаимодействий (между двумя а-субъединицами и двумя ß-субъединицами) и две пары несимметричных взаимодействий (между а- и ß-субъединицами). На прекрасных рисунках Дикерсона и Гейса [57] ясно видна почти симметричная ориентация различных участков полипептидной цепи.
Контакт между субъединицами у одной пары (a1ß1) несколько более прочный, чем у другой. В первом случае в тесном контакте друг с другом находятся боковые группы 34 аминокислотных остатков и в общей сложности 110 атомов [55]. Основной вклад в силы, связывающие субъединицы, вносят гидрофобные взаимодействия, а число контактов типа тех, которые имеют место при чисто изологическом связывании, весьма невелико. Во взаимодействии другой пары субъединиц, a1ß2, участвует только 19 аминокислотных остатков и в общей сложности всего 80 атомов. Поскольку этот контакт слабее, чем первый, гемоглобин относительно легко диссоциирует на aß-димеры, где субъединицы удерживаются вместе за счет a1ß1-контактов, а взаимные их перемещения, происходящие в процессе оксигенации, осуществляются в области a1ß2-контактов (разд. Д.5.а). Истинно изологические контакты (т. е. aa и ßß) непрочны, поскольку идентичные протомеры стерически не соответствуют друг другу.
Аспартаткарбамоилтрансфераза (мол. вес = 310000) — фермент, выделенный из Е. coli, — может диссоциировать на два тримера, называемых обычно каталитическими субъединицами (мол. вес тримера 100 000), и три димера, называемых регуляторными субъединицами (мол. вес димера 34 000). Молекула этого фермента напоминает по форме треугольную пластинку [58, 59], толщина которой равна 9,2±1,0 нм, а длина стороны — 10,5 ±1,0 нм. Она имеет симметрию 3:2, т. е. это диэдрическая структура с одной осью симметрии 3-го порядка и тремя осями 2-го порядка. Два тримера и находящиеся между ними димерные субъединицы расположены, по-видимому, «спиной к спине»; последние плотно уложены в бороздках, идущих по краям тримеров. Димеры уложены не строго параллельно оси симметрии 3-го порядка: чтобы не наталкиваться друг на друга, верхняя и нижняя половины поворачиваются друг относительно друга вокруг оси симметрии 3-го порядка. В центре имеется заполненная водой полость размером — 2,5x5,0X5,0 нм. Активные центры фермента расположены, по-видимому, внутри этой полости, в которую можно попасть через шесть расположенных по бокам структуры отверстий диаметром 1,5 нм.
Известно множество других олигомерных ферментов и различных сложных структур, содержащих белковые субъединицы более одного типа. В качестве примера можно указать на дегидрогеназы а-кетокислот, представляющие собой огромные, имеющие форму куба комплексы с мол. весом ~2—4 млн, содержащие три разных белка (рис. 8-18). Волокна поперечнополосатой мышцы (разд. Е), антитела (дополнение 5-Е), комплемент крови (дополнение 5-Ж) и удивительный по своей форме бактериофаг с отростком (дополнение 4-Д) — все это чрезвычайно сложные и красивые молекулярные структуры.