Специфичность связывания белков

Картер и Краут показали, что весьма распространенная вытянутая конформация полипептидных цепей (р-складчатая структура по Полингу и Кори) соответствует стабильной правозакрученной двойной спирали, т. е. существует двойная полипептидная спираль. Ее шаг и радиус примерно такие же, как и у двойной спирали нуклеиновых кислот. Авторы весьма тщательно построили пространственные молекулярные модели и увидели, что полипептидная двойная спираль в точности комплементарна двойной спирали РНК, причем полипептидная двойная спираль точно входит в малую бороздку двойной спирали РНК. В результате образуются водородные связи между 2'-ОН-группами рибозы (что, по-видимому, и объясняет особые свойства РНК, у ДНК нет этого гидроксила) и кислородом карбонила пептидной связи. Авторы отмечают, что такую точную комплементарность стабильных конформации РНК и полипептидов вряд ли можно считать простым совпадением. Они предположили, что обе эти двойные спирали взаимно катализировали сборку друг друга из активированных предшественников на ранних стадиях эволюции. В самом деле, комплементарное соответствие двух двойных спиралей представляется весьма важным, но оно обеспечивает ускорение синтеза лишь основных каркасов — полипептидного и полинуклеотидного, тогда как для преодоления обсуждаемого нами кризиса на начальной стадии биологической эволюции необходимо установление полного однозначного соответствия определенных аминокислотных и нуклеотидных радикалов. Для этого нужно, чтобы «взаимная» полимеразная активность полинуклеотидной и полипептидной двойных спиралей зависела от последовательностей нуклеотидов и аминокислот соответственно. Существование такой зависимости может показать лишь эксперимент.
В октябре 1975 г. опубликована статья Г. В. Гурского, В. Г. Туманяна, А. С. Заседателева, А. Л. Жузе, С. Л. Гроховского и Б. П. Готтиха. «Код, управляющий специфическим связыванием регуляторных белков с ДНК, и структура стереоспецифических участков регуляторных белков». Как ясно из заглавия статьи, в ней расшифрован второй биологический код, выяснен механизм однозначного соответствия полинуклеотидных и полипептидных цепей в процессах узнавания. Механизм узнавания основан на специфическом взаимодействии двух двойных спиралей — нуклеотидной и полипептидной. Регуляторные белки узнают последовательность оснований в двойной спирали ДНК; не расплетая ее. Узнавание основано на пространственном соответствии контактных, связывающих друг с другом группировок в полипептидных и полинуклеотидных спиралях. Оно аналогично специфическому совпадению отверстий в двух налагаемых друг на друга перфокартах. Такой способ установления однозначного соответствия авторы называют решеточным принципом узнавания. В качестве контактных групп в нуклеотидных цепях функционируют или гуанин, или цитозин, тимин и аденин, а в полипептидных цепях — только атомы азота амидных групп полипептидного остова. Амидные азоты связываются посредством водородных связей с контактными группами полинуклеотидных цепей. С гуанином способны образовывать водородные связи атомы амидного азота полипептидной цепи; их конформация рассчитана авторами и она оказалась отличной от конформации полипептидной цепи, способной взаимодействовать с тимином. Такие информационно различные полипептидные цепи называются соответственно g- и t-цепями. Оказалось, что эти две антипараллельные полипептидные цепи, находящиеся в g- и t-конфор-мациях, могут соединяться в полипептидную двойную спираль водородными связями, образующими между амидными группами двух цепей, не взаимодействующими с основаниями ДНК.
Специфичность связывания белков и нуклеиновых кислот объясняется тем, что боковые радикалы некоторых аминокислот в t-цепи (названные авторами фундаментальными аминокислотами) могут образовывать водородные связи с карбонильными группами g-цепи, разрывая или резко ослабляя водородные связи между g-цепью и гуаниновыми основаниями ДНК. Таких фундаментальных аминокислот шесть: серии, треонин, аспарагин, цистеин, гистидин и глутамин. Таким образом, код вырожден в отношении аминокислотных последовательностей в стереоспецифическом участке белка. Он требует присутствия аминокислот — «выключателей» в определенных местах последовательности. Авторы отмечают, что высокая степень вырожденности кода позволяет совершенствовать трехмерную структуру и каталитические центры регуляторных белков в ходе эволюции, оставляя неизменной их способность находить правильные места связывания на ДНК.
Предложенный авторами код узнавания проверен ими путем исследования соответствия последовательности нуклеотидов в lac-операторе и последовательности аминокислот в 1ас-репрессоре Е. coli. Они показали наличие единственного участка полипептидной цепи (от треонина 19 до валина 30), находящегося согласно принятому механизму узнавания в полном соответствии с последовательностью нуклеотидов в ДНК-







Материалы

Яндекс.Метрика