Учебное пособие Красноярск сфу 2019 (07) ббк
жүктеу/скачать 7,51 Mb. Pdf көрінісі
|
| 6.4. Ca
2+ -связывающие белки 6.4.1. Общий принцип строения Все известные Ca 2+ -связывающие белки имеют характерные структуры — Ca 2+ -связывающие центры, называемые EF-руками. Этот структурный участок имеет вид спираль–петля–спираль, каждый элемент которого состоит примерно из 12 аминокислот- ных остатков. Для того чтобы ионы кальция эффективно удер- живались в структуре белка, необходимо наличие системы, ко- торая бы позволила сформировать с ионом от шести до восьми координационных связей определенной длины. Именно такой структурой является петля EF-руки, связывающая ион кальция через кислородсодержащие группы аминокислот с образованием шести координационных связей (рис. 38). Сродство каждого Ca 2+ -связывающего сайта составляет 10 –6 – 10 –5 М. Большинство Ca 2+ -связывающих белков содержат парное количество EF-рук, формирование которых происходит на одном участке полипептидной цепи, что способствует взаимной стаби- лизации. Данные структуры обладают значительной подвижно- стью, которая необходима для выполнения регуляторных функ- ций. Существуют белки, имеющие различное количество EF-рук: 77 2, 3, 4, 6. Наиболее простым является низкомолекулярный белок кишечника — кальбиндин, полипептидная цепь которого форми- рует лишь две EF-руки. Он не обладает регуляторной функцией, а принимает участие в связывании и удержании ионов кальция (Зинченко и соавт., 2003). 6.4.2. Кальмодулин Самый широко распространенный Ca 2+ -связывающий бе- лок — кальмодулин. Он присутствует практически во всех жи- вотных клетках, где его содержание составляет порядка процента от общей массы клеточного белка. Кальмодулин имеет молеку- лярную массу 16,7 кД и состоит примерно из 150 аминокислот- ных остатков. Способен связывать четыре иона Ca 2 . Сам по себе комплекс Ca 2+ -кальмодулин (Ca 2+ -КМ) не обладает ферментатив- ной активностью, но выполняет роль аллостерического регуля- тора, который участвует во множестве Ca 2+ -регулируемых про- цессов. В некоторых случаях кальмодулин является постоянной регуляторной субъединицей ферментного комплекса (например киназа фосфорилазы), но чаще всего связывание ионов Са 2+ спо- собствует присоединению кальмодулина к различным белкам- мишеням, приводя к изменению их активности. Комплекс Ca 2+ - КМ может изменять активность около 100 ферментов, в числе Рис. 38. Строение EF-руки 78 которых — NO-синтаза, фосфодиэстераза, некоторые типы про- теинкиназ и протеинфосфатаз. Молекула кальмодулина состоит преимущественно из α-спи- ральных участков. Его пространственная структура по форме напоминает гантель. Центральная α-спираль сформирована от- рицательно заряженными аминокислотными остатками. На N- и C-концевых участках белка находятся по два Ca 2+ -связываю- щих центра, представленных EF-руками. При отсутствии ионов Ca 2+ концевые α-спирали экранируют центральную α-спираль, в результате чего гидрофобные участки терминальных доменов оказываются закрытыми. Такая конформация не позволяет каль- модулину взаимодействовать с его мишенями. Повышение концентрации ионов кальция в цитоплазме при- водит к конформационным изменениям в структуре кальмоду- лина: α-спирали EF-рук принимают перпендикулярное по отно- шению к центральной α-спирали положение. В результате гидро- фобные районы терминальных доменов, а также сама централь- ная α-спираль экспонируются (рис. 39). Раскрытая молекула кальмодулина взаимодействует отрица- тельно заряженными группами центральной α-спирали с поло- жительно заряженной поверхностью α-спирали белка- мишени, а гидрофобными участками терминальных доменов — с гидро- фобной поверхностью α-спирали белка- мишени. В итоге каль- модулин изменяет пространственную структуру и свой ства Рис. 39. Активация кальмодулина ионами Ca 2+ 79 белка- мишени. Снижение концентрации ионов кальция приво- дит к инактивации кальмодулина (Зинченко и соавт., 2003). 6.4.3. Кальсеквестрин Кальсеквестрин является самым распространенным Ca 2+ -связывающим белком саркоплазматического ретикулума. Его молекулярная масса составляет порядка 40 кДа (400 амино- кислотных остатков). Мономер кальсеквестрина состоит из трех доменов, каждый из которых с компактной α-спиралью/β-листом, формирующих тиоредоксиновую укладку, стабильную в присут- ствие ионов Ca 2+ . Когда концентрация кальция приближается к 10 –3 М, белок полимеризуется. Будучи сильно кислым, он помо- гает удерживать ионы кальция в терминальных цистернах сарко- плазматического ретикулума после сокращения мышц. Каждая молекула кальсеквестрина способна связывать 18–50 ионов Ca 2+ . Анализ аминокислотной последовательности показал, что моле- кула кальсеквестрина не содержит Ca 2+ -связывающих центров типа EF-рук, а связывание ионов скорее всего происходит при по- мощи отрицательно заряженной поверхности. Некоторые авторы предполагают, что участки связывания ионов кальция формиру- ются путем кластеризации двух или более кислых аминокислот- ных остатков. Благодаря этому белку саркоплазматический рети- кулум способен хранить необычайно большое количество ионов кальция без образования нерастворимого осадка. Становится очевидным, что кальсеквестрин выполняет несколько функций в люмене саркоплазматического ретикулума, помимо его хорошо известной роли Ca 2+ -буфера. В частности, по- лимер кальсеквестрина закрепляется вблизи рианодинового ре- цептора и выступает в роли регулятора его активности. В насто- ящее время известно две изоформы кальсеквестрина: CASQ1 — в скелетных мышцах и CASQ2 — в сердечной мышце (Beard et al., 2004; Novak et al., 2011). жүктеу/скачать 7,51 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|