Физико-химические свойства белков

Подобно аминокислотам, белки сочетают в себе как кислотные, так и основные свойства. Являясь амфотерными полиэлектролитами, белки тем не менее существенно отличаются от свободных аминокислот, кислотно-ос­новные свойства которых обусловлены а-амино- и а-карбоксильными груп­пами. В белках основной вклад в формирование кислотно-основных свойств вносят заряженные радикалы аминокислотных остатков, расположенные на поверхности белковой глобулы. Основные свойства белков связаны с такими аминокислотами, как аргинин, лизин или гистидин, а кислые — с аспараги-новой и глутаминовой аминокислотами. Что касается а-аминных и а-кар-боксильных групп аминокислот, то их ионизация не имеет существенного значения, так как подавляющее их число участвует в образовании пептидных связей. Кривые титрования белков достаточно сложны для интерпретации. Это связано, во-первых, с наличием большого числа титруемых групп, а также с тем, что рА"для каждой титруемой группы в белке может существенно от­личаться от таковой в аминокислоте. Это связано с электростатическими взаимодействиями между ионизированными группами белка, наличием близко расположенных гидрофобных остатков, а также влиянием водородных связей.

В процессе титрования белка от предельно кислой до предельно основной формы должно существовать такое значение рН, при котором суммарный за­ряд белка равен нулю. Это значение рН носит название изоэлектрическая точ­ка (р/). При значении рН, равном изоэлектрической точке, белок максималь­но инертен, не перемещается в электрическом поле и имеет наиболее тонкую гидратную оболочку. Большинство белков имеют изоэлектрическую точку при нейтральных или близких к ним значениях рН, однако есть ряд исключений, например, для фермента желудочного сока пепсина р/ = 1,4, а для фермента рибонуклеазы — 10,5. Если в белковом растворе нет никаких ионов, кроме ионизированных аминокислотных остатков, то такие растворы называются изоионными.

Белки, будучи амфотерными электролитами, проявляют буферные свой­ства, хотя их буферная емкость в большинстве случаев незначительна. Исклю­чение составляют белки, содержащие большое число остатков гистидина, например гемоглобин, обеспечивающий стабильные значения рН внутри эрит­роцитов.

Растворимость белков зависит от рН, а также от ионной силы раствора, которая определяется по уравнению

ц = 1/2!«²,

где ц — ионная сила раствора; с — молярная концентрация; г — заряд иона.

При высокой ионной силе белкового раствора наблюдается конкуренция между белковыми молекулами и ионами соли за молекулы воды. Степень гид­ратации белка снижается, взаимодействие белок— белок при этом становится эффективнее, чем белок— вода, и белок осаждается. Растворимость многих белков при этом связана с ионной силой раствора следующим уравнением:

где /5¹— растворимость, г/л; Р' — растворимость белка в гипотетическом рас­творителе при ионной силе, равной нулю; К₅— константа высаливания.

В растворах белки проявляют коллоидные свойства, такие, как явление светорассеяния (эффект Тендаля), неспособность проходить через полупро­ницаемые мембраны, высокая вязкость, образование гелей и др. Вместе с тем белки не являются истинными коллоидами, так как они способны образовы­вать молекулярные растворы. Основное сходство между коллоидными части­цами и белками заключается в том, что они имеют более или менее близкие размеры. Белки так же, как и истинные коллоиды, могут образовывать гели, представляющие собой сетчатые структуры, заполненные водой.

 

2. 28.7.3. Терминация транскрипции

Терминация синтеза РНК у прокариот обусловлена наличием на матрице таких последовательностей, которые допускают возможность образования шпильки на транскрипте РНК. При этом связь транскрипта с матрицей зна­чительно ослабляется, что в конечном счете приводит к отделению РНК (рис. 28.7).

У прокариот возможен механизм терминации с помощью специального белка (р-белка),обладающего хеликазной активностью. Этот белок присоеди­няется к транскриптону и движется вслед за РНК-полимеразой. По достиже­нии сайта терминации и образования шпильки скорость движения фермента замедляется, р-белок догоняет РНК-полимеразу и расплетает дуплекс. В ре­зультате транскрипция прекращается, а новосинтезированная РНК отделяется от матрицы. У прокариот первичный транскрипт не претерпевает никаких из­менений и зачастую транскрипция сопряжена с трансляцией.

Механизмы терминации транскрипции у эукариот до конца не изучены. По-видимому, вблизи З'ОН-конца гена с РНК-полимеразой взаимодействует белковый стоп-сигнал, который замедляет (но не прекращает) транскрипцию. Далее фермент катализирует синтез последовательности ААУААА и сле­дующие за ней 15 нуклеотидов, после чего завершает свою работу. В процессе отделения транскрипта от матрицы экзонуклеаза отщепляет терминальные 15 нуклеотидов, а фермент полиА — полимераза достраивает к последователь­ности ААУААА порядка 150—200 полиадениловых нуклеотидов (полиА).

Посттранскрипционный процессинг РНК. После завершения синтеза транс­крипты отделяются от матрицы и подвергаются дальнейшим превращениям или посттранскрипционному процессингу. Транскрипты тРНК и рРНК имеют большие размеры по сравнению с соответствующими зрелыми нуклеиновыми кислотами, и на первой стадии процессинга происходит фрагментация транс­крипта. Затем наблюдается модификация фрагментов, в частности их метили-рование, а также защита 5'- и З'-концов от действия экзонуклеаз. Более сложен механизм процессинга предшественника матричной РНК эукариот или гете-рогенно-ядерной РНК (г-яРНК). После отделения от матрицы г-яРНК проис­ходит модификация ее З'-конца.

Сначала от З'-конца отщепляется около 15 нуклеотидов, затем синтезиру­ются полиадениловые нуклеотиды (полиА) при помощи фермента полиадени-

лат-полимеразы. Как уже было отмечено, в нача­ле транскрипции на 5'-конце РНК-полимераза II катализирует образование кэпа за счет присоеди­нения остатка 7-метилгуанозина. Эти модифика­ции защищают концы мРНК от действия экзо­нуклеаз, кроме того, кэп способствует транспор­ту мРНК в цитоплазму, а также принимает учас­тие в связывании ее с рибосомой. Что касается полиА, то, кроме защиты З'-конца, эта последо-он вательность стабилизирует новосинтезирован­ный транскрипт.

Сплайсинг РНК. В г-яРНК имеется боль­шое количество вставок, которые не имеют смыслового значения. Это так называемые интроны, которые вырезаются из цепи мРНК в процессе ее созревания. Транслируемые участки называются экзонами и составляют цепь зрелой мРНК. Механизм вырезания интронов и сшивания экзонов называется сплайсинг. Механизм точного вырезания интро­нов и сшивания экзонов достаточно сложен. Его интерпретация стала воз­можной после того, как было доказано наличие консенсусных последователь­ностей на границе соединения интронов с экзонами. Основным инструмен­том сплайсинга являются малые ядерные РНК, обладающие ферментативной активностью. Они называются рибозимы. Характерной особенностью рибози-мов является наличие липких концов, комплементарных концам интронов.

Малые ядерные РНК в комплексе со специальными белками образуют сплайсосому,которая осуществляет вырезание интронов и сшивание экзонов. Сплайсосома представляет собой сложный комплекс, состоящий из пяти ти­пов м-яРНК и 50 типов белков. Этот комплекс комплементарно соединяется с консенсусной последовательностью на границе экзон—интрон. Предпо­ложим, что необходимо вырезать интрон, расположенный между двумя экзо­нами. На первом этапе в результате нуклеофильной атаки разрывается связь у 5'-конца интрона, и образуется петля между гуанином на 5'-конце интрона и аденином вблизи З'-конца интрона. Затем вырезается З'-конец интрона, петля освобождается, а экзоны А и Б сшиваются друг с другом под действием РНК-лигаз, входящих в сплайсосому (рис. 28.8).

Следует отметить два важных открытия, связанных с данной проблемой.

* Во-первых, в некоторых случаях рибозимы вырезают интроны само­стоятельно, без помощи белков сплайсосомы. Следовательно, они обладают каталитической активностью и представляют собой уникальное явление, уточ­няя и расширяя представление о том, что биологический катализ осуществля­ется только белками-ферментами.

«Во-вторых, если в первичном транскрипте закодирована информация о нескольких мРНК, то возможно несколько вариантов сплайсинга и образо-

 

3.

 

№ 16

1. Пространственная структура (конформация) полипептидов Зависимость формирования ее регулярных (вторичных) и нерегулярных сегментов и свойств от первичной структуры и слабых внутримолекулярных взаимодействий.. Комов30

2. Принципы контроля времени существования и распада матричных РНК и белков. Маркеры стадий онтогенеза и процессов адаптации.

3. Физиологическая роль резервирования и механизмы мобилизации триацилглицеринов в липоцитах белой жировой ткани. Роль липоцитов в управлении «массостатом» организма животных.