Принципы структурной организации белков - Г. Шульц 1982

Взаимодействия белок - лиганд
Взаимодействия белков с другими макромолекулами
Липопротеиды

Белки могут специфично взаимодействовать с другими макромолекулами, например с нуклеиновыми кислотами и полисахаридами. К макромолекулам относят также липиды, поскольку они образуют в водных растворах крупные агрегаты. В нуклеопротеидах, гликопротеидах или липопротеидах белок может составлять менее 50%, и суммарные свойства комплексов часто определяются небелковыми фрагментами. Более того, и образование, и стабильность структуры белков могут зависеть от их партнеров по комплексам. Эго наиболее очевидно для тех мембранных белков, которые соединяют различные углеводородные фрагменты липидного бислоя.

Белки проникают сквозь поверхность раздела водной и неполярной фаз. На взаимодействиях белков и липидов основаны две важные биологические функции: транспорт липидов в водных растворах и мембранная активность. Способность к транспорту в плазме крови обычно труднорастворимых липидов, например холестерола (2 мг растворимы в 1 л 150 мМ раствора NaCl, pH 7,4), или триацилглицеридов увеличивается в 1000 раз за счет образования специфических липопротеидов. Такие липидтранспортирующие белки могут играть роль в атеросклерозе и других заболеваниях, с чем и связано большое число посвященных им работ [145, 694]. Немалый интерес проявляется также к вторичной и третичной структурам липопротеидов. Предпринимались попытки предсказания их структуры на основе корреляции (гл. 6) между вторичной структурой и аминокислотной последовательностью обычных глобулярных белков [694]. Поскольку закристаллизовать липопротеиды достаточно трудно, по-видимому, более точных структурных данных в ближайшем времени получить не удастся.

В мембранах липиды образуют биологические барьеры и оболочки, тогда как специфические функции мембран, такие, как, например, транспорт, передача сигнала и преобразование энергии, выполняются белками [19, 695—697]. Информация об аминокислотных последовательностях во внутримембранных частях белков крайне ограниченна; известно, что в них имеются довольно протяженные участки неполярных остатков [698]. Наиболее подробная информация о третичной структуре получена для мембранного белка из Наlobacterium halobium [699, 700]. Субъединица этого белка состоит в основном из семи параллельных или антипараллельных а-спиралей, вытянутых от одной поверхности мембраны до другой. Другая хорошо исследованная система обсуждается ниже.

Кальциевый насос — типичный хорошо исследованный мембранный белок. Саркоплазматический ретикулум из мышц [701, 702] представляет собой трубчатую систему с высокоспецифической мембраной, единственная функция которой состоит в освобождении и накоплении ионов кальция [703, 704]. Это отражается в том обстоятельстве, что один белок с молекулярной массой 100 000 так называемый Са²⁺-транспортирующая АТРаза или Са²⁺-насос, составляет более 50% массы мембраны и 80% общего содержания белков в мембране. Этот белок, представляющий собой цилиндр диаметром 50 Å и длиной 80 Å, проходит через весь слой мембраны толщиной от 60 до 90 Å. Мембрана включает 90 (фосфо)липидных молекул на одну молекулу Са²⁺-насоса.

Очевидно, мембрана и Са²⁺-насос образуют функциональную единицу, где мембрана служит барьером, препятствующим возврату накопленного кальция. Кроме того, мембрана является двумерным растворителем белка: как показано в опытах по связыванию липида с очищенным белком, поверхность транспортирующей Са²⁺ АТРазы имеет большее сродство к неполярной среде, чем к воде. Поскольку существует только один тип воды, но много типов молекул липидов, этот широкий спектр липидных молекул обеспечивает большое разнообразие специфических взаимодействий с мембранными белками. Роль индивидуальных классов липидов для данного мембранного процесса выясняют с помощью модельных экспериментов [705, 705]. В случае кальциевого насоса функционально активную мембранную систему можно воссоздать путем добавления к очищенному белку только фосфолипидов [701, 702].

Белки перемещаются в плоскости мембраны. Объемное антитело, присоединенное к наружной части Са²⁺-транспортирующей АТРазы, не препятствует перемещению ионов кальция, что указывает на то, что для транслокации Са²⁺ не требуется поворота белка вокруг оси, параллельной поверхности мембраны [707]. По-видимому, это общее правило для мембранных белков. С другой стороны, белки способны поворачиваться [708] и перемещаться в боковых направлениях в пределах плоскости мембран; реальная степень подвижности зависит от физико-химических свойств мембраны и от направляющего действия белковых контактов с обеими поверхностями мембраны. Диффузия по горизонтали важна для взаимодействий между элементами многокомпонентной, связанной с мембраной системы, поскольку функционально связанные мембранные белки не всегда находятся в физическом контакте друг с другом [709, 710].