Принципы структурной организации белков - Г. Шульц 1982

Взаимодействия белок - лиганд
Лигандсвязывающие центры иммуноглобулинов

Белки проявляют селективность во взаимодействиях с компонентами клеток. В отличие от белков, встречающихся в природе, химически синтезированные полипептиды ведут себя как малые дети: они «задевают», связывают и разрушают многие низкомолекулярные метаболиты [614]. Природные полипептиды — белки, «приученные» эволюцией взаимодействовать только с небольшим набором молекул [586]. Это могло произойти только потому, что в отличие от синтетических полипептидов белки приобрели способность образовывать определенные компактные структуры. Специфическое связывание является индивидуальным свойством белков, и наиболее общим результатом организации белковых структур оказалась скорее тенденция к несвязываемости, чем к связываемости.

Единственными белками, которые приобрели способность к образованию центров связывания с практически всеми видами молекул, являются иммуноглобулины (Ig). К наиболее хорошо изученным иммуноглобулинам относятся антитела плазмы крови, а также белки миеломы, которые образуются в раковых клетках, но в остальном ведут себя как обычные иммуноглобулины. Показано, что реакции, с помощью которых многие белки миеломы человека и мышей связывают лиганды*, очень близки к реакциям, характерным для системы лиганд — антитело (см. работы [540] и [617]).

* В биохимии «лигандом» называют малую молекулу, присоединенную к более крупной. В химии координационных соединений лиганды — это молекулы или ионы, группирующиеся вокруг некоторого центра, например иона железа. В этой главе термин «лиганд» используется и в том, и в другом смыслах.

Пространственное строение центров связывания было определено для двух различных белков миеломы: для иммуноглобулина New человека, который связывает производные витамина К [618], и для иммуноглобулина МсРС 603 мыши [607], который связывает фосфорилхолин. На основании этих исследований были сделаны следующие выводы.

Случайное спаривание n₁ Н-цепей и n₂ L-цепей* приводит к образованию n₁ ∙ n₂ различных центров связывания антигена.

В обоих белках лигандсвязывающие центры расположены между доменом V_L легкой цепи и доменом V_H тяжелой цепи (рис. 4.2, в). Таким образом, центр связывания образуют две различные полипептидные цепи. Использование двух цепей может быть решением проблемы образования практически неограниченного числа различных центров связывания, исходя из ограниченного объема генетического материала. Если число различных L- и Н-цепей равно соответственно n₁ и n₂, то имеются n₁ ∙ n₂ комбинаций V_L- и V_H-доменов, т. е. n₁ ∙ n₂ различных центров связывания [540]. Величина n₁ ∙ n₂ была оценена в 10⁷ [542], поэтому числа n₁ и n₂ должны иметь порядок 10³ — 10⁴.

Существует шесть гипервариабельных сегментов, каждый из которых содержит от 5 до 10 остатков на центр связывания. Укладка цепей во всех вариабельных доменах иммуноглобулина New и иммуноглобулина МсРС 603, а также в других иммуноглобулинах очень сходна [540, 543, 544]. Структурные различия сосредоточены в основном в так называемых гипервариабельных петлях [619] — трех сегментах, содержащих от 5 до 10 остатков в обоих V_L - и V_H-доменах. Аминокислотные остатки, образующие место связывания, комплементарное данному лиганду, принадлежат этим шести гипервариабельным сегментам.

Картина вставок и делеций, характеристичная для гипервариабельных областей, определяет размеры центра связывания. В случае Ig New место присоединения представляет собой неглубокий (~6 Å) желоб с размерами 15 x 6 Å. Центр связывания фосфорилхолина в Ig МсРС 603 расположен на глубине 12 Å.