«Лейциновая застежка-молния» (Leucine zipper)
Этот тип супервторичной структуры предназначен в первую очередь для димеризации — прочного соединения двух отдельных белковых молекул. Такой мотив чрезвычайно харакрен для ДНК-связывающих белков, которые выполняют свои функции не в одиночку, а в составе крупных олигомерных комплексов.
Архитектура и геометрические особенности Основу мотива составляют $\alpha$-спиральные участки, расположенные на поверхности контактирующих белков. Главная структурная особенность — наличие не менее четырех остатков лейцина, которые встроены в полипептидную цепь со строгой периодичностью. Лейцин встречается ровно через каждые шесть аминокислот, то есть занимает каждую седьмую позицию.
Поскольку один полный виток классической $\alpha$-спирали включает 3,6 аминокислотного остатка, такая периодичность приводит к интересному пространственному эффекту. Остатки лейцина оказываются на поверхности каждого второго витка и выстраиваются в ровную линию строго вдоль одной стороны спирали.
Механизм связывания Когда две такие спирали сближаются, «выставленные» наружу лейциновые радикалы одной молекулы плотно взаимодействуют с аналогичными радикалами другой. Между ними возникают мощные гидрофобные взаимодействия. Это взаимодействие напоминает смыкание зубьев застежки-молнии, что и дало название структуре. В результате формируется очень прочный контакт между субъединицами.
Биологическое значение на примере гистонов Отличным примером работы «лейциновой застежки» служат гистоны — белки клеточного ядра, необходимые для упаковки ДНК. Они содержат огромное количество положительно заряженных аминокислот (до 80% их состава приходится на аргинин и лизин). Для формирования нуклеосомы молекулы гистонов должны объединиться в октамер (комплекс из 8 мономеров). Однако одноименные положительные заряды вызывают сильнейшее электростатическое отталкивание. Именно гидрофобные контакты «лейциновых застежек» позволяют преодолеть это отталкивание и надежно удержать гистоны вместе.
«Цинковый палец» (Zinc finger)
Данный вариант супервторичной структуры критически важен для специфических белков, связывающихся с ДНК. Визуально он представляет собой небольшой вытянутый фрагмент на поверхности белковой глобулы, по форме напоминающий палец.
Строение и координация иона металла В среднем длина одного «пальца» составляет около 20 аминокислотных остатков. Чтобы эта вытянутая петля сохраняла свою форму и не разрушалась, ей требуется надежный стабилизирующий фактор. В его роли выступает атом цинка ($Zn^{2+}$).
Центральный ион цинка координируется радикалами четырех аминокислот. Существует два основных варианта такой координации:
- Классический тип: цинк связывается с двумя остатками цистеина (Cys) и двумя остатками гистидина (His).
- Альтернативный тип: цинк взаимодействует сразу с четырьмя остатками цистеина.
В первичной структуре белка эти координирующие аминокислоты расположены определенным образом: пара близко расположенных остатков цистеина отделена от второй пары координирующих аминокислот (гистидинов или цистеинов) цепочкой, состоящей примерно из 12 аминокислот.
Функция и специфичность взаимодействия с ДНК
Сформированная структура «цинкового пальца» включает в себя $\alpha$-спиральный участок. Именно эта $\alpha$-спираль отвечает за прямой контакт с нуклеиновой кислотой. Она точно погружается в большую бороздку ДНК и связывается с ее регуляторными участками.
Важнейшее свойство этого структурного мотива — обеспечение индивидуальной специфичности. То, к какой именно последовательности нуклеотидов прикрепится белок, полностью зависит от аминокислотного состава в области $\alpha$-спирали «пальца» (эти аминокислоты часто обозначаются однобуквенным кодом, например: E, V, K, F, S, A, L, R).
Такие мотивы типичны для регуляторных белков, например, для рецепторов стероидных гормонов. Их главная задача — участие в тонкой регуляции транскрипции, то есть процесса считывания генетической информации с матрицы ДНК на молекулу РНК.
Запомнить координацию цинка легко: «Цинковый палец держится за ДНК двумя Цис и двумя Гис, а Лейциновая молния застегивается на каждый 7-й зубчик».
Вопросы с занятий и экзамена
К какому уровню структурной организации относятся мотивы «цинковый палец» и «лейциновая молния»?
Эти элементы представляют собой варианты супервторичной структуры белка. Они формируются за счет определенного пространственного расположения α-спиралей и петель.
Какая химическая связь удерживает мономеры в «лейциновой застежке»?
Взаимодействие между полипептидными цепями в этом мотиве обеспечивается гидрофобными взаимодействиями между радикалами лейцина, которые расположены на контактирующих поверхностях спиралей.
Почему гистонам так необходима «лейциновая застежка»?
Гистоны содержат много аргинина и лизина, из-за чего имеют сильный положительный заряд и отталкиваются друг от друга. «Лейциновая застежка» позволяет преодолеть это электростатическое отталкивание и собрать гистоны в стабильный октамер.
Что ещё разобрать по теме
- Олигомерные комплексы гистонов и формирование нуклеосомы
- Механизм взаимодействия альфа-спиралей с большой бороздкой ДНК
- Специфичность аминокислотных радикалов в распознавании нуклеотидных последовательностей
- Роль рецепторов стероидных гормонов в регуляции транскрипции
Разберите тему целиком в курсе «Биохимия»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Структурные мотивы белков» и ещё 3 574 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 115 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Строение, свойства и функции белков»
Бесплатные видеоуроки: биохимияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.