8.11. Была установлена четвертичная структура и некоторых других олигомерных белков

Рентгеноструктурные исследования были проведены также для нескольких других олигомерных белков. В качестве примера можно привести фермент гексокиназу дрожжей, катализирующий реакцию

Эта важная реакция протекает практически во всех организмах, так как является необходимой стадией метаболизма глюкозы.

Гексокиназа дрожжей имеет молекулярную массу около 102000 и содержит две полипептидные цепи. С помощью рентгеноструктурного анализа была установлена как третичная структура этих двух полипептидных цепей, так и четвертичная структура гексокиназы, образующаяся в результате соединения двух цепей в единую плотно упакованную глобулу (рис. 8-13). Особый интерес представляет строение каталитического центра этого фермента, т.е. участка молекулы. к которому одновременно присоединяются АТР и глюкоза, вовлекаемые в каталитический процесс. Как мы увидим в гл. 9, в ходе каталитического цикла конформация молекулы гексокиназы изменяет свою геометрию.

Другой олигомерный белок, структуру которого также удалось определить - это фермент лактатдегидрогеназа из скелетной мышцы, катализирующий последнюю стадию метаболического превращения глюкозы в лактат. Лактатдегидрогеназа имеет молекулярную массу 140000 и содержит четыре полипептидные цепи. По третичной структуре эти цепи очень сильно отличаются от цепей гемоглобина.

Рис. 8-12. Эволюция миоглобина и гемог лобина, возникших из предкового кислород-связываюшего гемопротеина. Во всех миоглобинах, а также в и -цепях всех современных гемог лобинов (исследовано в общей сложности 145 последовательностей) имеются шесть инвариантных остатков и большое число близких по свойствам аминокислот, занимающих в этих белках одинаковые положения. Можно предположить, что ген, кодировавший предковый одноцепочечный гемопротеин, подвергся дупликации. Одна из образовавшихся копий дала начало миоглобиновому гену, а другая первой ачальному гемоглобиновому гену. Оба этих гена в дальнейшем подвергались независимым мутациям. Гемоглобиновый ген мог в какой-то момент еще раз подвергнуться дупликации, в результате чего образовались современные гены и -цепей. Кроме генов, кодирующих и -цепи нормального гемоглобина, присутствующего в крови взрослого человека, существует ген, кодирующий -цепь, которая входит в состав гемоглобина плода. Этот гемоглобин, имеющий состав обладает более высоким сродством к кислороду, чем гемоглобин взрослого человека. В эритроцитах взрослог о организма содержится также очень небольшое коанчество гемоглобина с -цепями, имеющего состав .

Еще один белок с установленной четвертичной структурой представляет собой фермент глутаминсинтетазу из Е. coli, катализирующий образование глутамина из глутамата и аммиака за счет энергии АТР (гл. 19). По сравнению с гемоглобином или гексокиназой это намного более сложный олигомерный белок. На рис. 8-14 показано взаимное расположение 12 субъединиц глутамин - синтетазы.

Эти три олигомерных белка - три фермента имеют с гемоглобином одно общее свойство. Все они участвуют в биологической регуляции того или иного типа, и в этом состоит неотъемлемая часть их функции. Г ексокиназа, лактатдегидрогеназа и глутаминсинтетаза из Е. coli - представители особого класса ферментов, носящих название регуляторных ферментов. Как мы увидим в следующей главе, они не только катализируют специфические реакции, но и помогают регулировать скорость того метаболического пути, в котором принимают участие как катализаторы.

Рис. 8-13. Структура олигомерного белка гексокиназы. выделенного из дрожжей. Две субъединицы белка связаны винтовой осью симметрии. Если повернуть молекулу на 180 вокруг вертикальной оси и одновременно поднять ее вверх, то нижняя субъединица совместится с контуром верхней субъединицы. Гексокиназа - регуляторный фермент, контролирующий скорость вовлечения глюкозы в процессы клеточного метаболизма. Правая субъединица содержит молекулу глюкозы, связанную с каталитическим центром фермента. Другое изображение гексокиназы представлено на рис. 12 к дополнению 9-4 в гл. 9.

Гемоглобин тоже играет регуляторную роль. Он не только переносит кислород из легких к периферическим тканям, но и регулирует связывание кислорода в легких и высвобождение его в тканях в ответ на определенные сигналы, в частности на изменение величины pH и концентрации . Такая регуляторная функция свойственна, по-видимому, многим олигомерным ферментам.

Теперь мы рассмотрим гемоглобин более подробно и попытаемся выяснить, чем определяется его способность переносить кислород из легких в ткани, а ионы и молекулы - из тканей в легкие. Мы увидим, каким образом четвертичная структура гемоглобина помогает регулировать выполнение этих важных транспортных функций. Гемоглобин представляет собой прототип или модель многих других регуляторных олигомерных белков.

Рис. 8-14. Субъединичнаяструктура глутаминсинтетазы Е. coli. Этот регуляторный фермент состоит из 12 субъединиц, взаимное расположение которых показано на рисунке.