Основы молекулярной биологии. Часть 1: Молекулярная биология клетки - А.Н. Огурцов 2011
Молекулярные основы функционирования белков
Белковые семейства
Исследование миоглобина и гемоглобина - белков, переносящих кислород в мышцах и крови, соответственно, - показали, что функции белков определяются их трехмерной структурой, которая, в свою очередь, определяется последовательностью аминокислот - первичной структурой.
Рентгеновская кристаллография показала, что трехмерная структура миоглобина и а и ß субъединиц гемоглобина поразительно подобны (рисунок 119). Последующее секвентирование миоглобина и субъединиц гемоглобина выявило, что много идентичных или химически подобных оснований располагаются в идентичных позициях первичной структуры обоих белков.
Рисунок 119 - Третичная структура гомологичных глобинов
Проведенное аналогичное сравнение других белков окончательно подтвердило тот факт, что аминокислотная последовательность, трех мерная структура и функции белков являются взаимосвязанными и взаимозависимыми.
В настоящее время этот принцип широко используется в протеомике для предсказания структуры и функций вновь обнаруженных белков на основе сравнения аминокислотных последовательностей с белками, чья структура и функции уже определены.
Использование такого "поиска в базах данных" расширяется по мере того, как завершается полная расшифровка геномов всё большего числа организмов.
На основе сравнения молекулярной структуры белков была создана новая схема биологической классификации, основанная на подобии или различиях в аминокислотных последовательностях белков.
Белки, которые имеют общего предка (прародителя) называют гомологичными. Главный признак гомологичности белков, а, значит, и наличие общего предка, - это подобие их аминокислотных последовательностей и структур.
Говорят, что гомологичные белки принадлежат к одному семейству. Сравнение их структуры позволяет восстановить их родословную. Трехмерная структура гомологичных белков подобна, даже если наблюдается значительное отличие в первичной структуре.
Родство между гомологичными белками проще всего изобразить в виде генеалогического древа. Например, аминокислотные последовательности глобинов бактерий, растений и животных показывают, что они произошли от общего предка - мономерного кислород-связывающего белка (рисунок 120).
С течением времени гены, кодирующие белок-предок глобинов, медленно изменялись, разошлись ветви растений и животных. Дальнейшие изменения привели к появлению миоглобина, мономерного кислород- связывающего белка мускулатуры, и а и ß субъединиц тетрамерной молекулы гемоглобина (a2ß2) системы кровообращения. Во всех этих глобинах нековалентно связанная с белком молекула гема является центром связывания кислорода.
Рисунок 120 - Генеалогическое древо глобинов