Построение модели трехмерной молекулы лизоцима белка куриного яйца

Трасса, реализуемая синтезирующейся полипептидной цепью лизоцима при ее превращении в трехмерную молекулу, детерминируемую А – А кодом, приведена в таблице 4. Взаимное расположение аминокислотных остатков показано на модели, изготовленной из бумаги (рис. 13). Для сравнения см. фотографии молекулы лизоцима, построенные по результатам рентгеноструктурного анализа, на которых показано строение и локализация антигенных детерминантов, установленные Атасси и Ли [42]. Техника построения модели и критерии решения и отбора вариантов – те же, что и при построении модели трехмерной молекулы белка cro. Поэтому ниже приводим лишь общее описание построения модели.

Модель трехмерной молекулы лизоцима строится следующим образом. Сначала формируется первый домен. Он состоит ив четырех витков спирали с шагом 4. Затем строится второй домен, состоящий из 2,5 витков спирали с шагом 10. Решающей для образования данного домена является связь сер-24 – гли-16. Следующим шагом является построение третьего домена. Этот домен состоит из двух витков спирали, шаг которой 12. Решающими для его формирования являются связи арг-45 – тре-40, сер-50 – тре-47, направленные перпендикулярно оси спирали, а не параллельно ей, как обычно. Впоследствии в состав этого домена включаются еще 2 витка спирали, образующиеся из аминокислотных остатков СООН-половины цепи при ее возвращении к NH₂-концу молекулы и движении между ранее сформировавшимися цепями 4-го и 3-го доменов по принципу молнии.

Построение 4-го домена начинается с сегмента арг-61 – цис-64. Легко видеть, что данный сегмент представляет собой шпильку, благодаря образованию которой полипептидная цепь изменяет направление своего движения на обратное и начинает двигаться к NH₂-концу молекулы. Примечательно, что этот поворот, как и при построении молекулы репрессора cro, совершается именно на середине полипептидной цепи молекулы.

Четвертый домен образуется в результате построения 2,5 витка спирали с шагом 16÷18. Есть все основания полагать, что данный домен представляет собой рабочий элемент фермента-машины [73, 110], движение спиралей которого друг относительно друга и неподвижного остова молекулы и приводит к реакции, катализируемой ферментом-лизоцимом. Однако подробнее об этом будет рассказано в других статьях. Завершается построение данного домена формированием структуры, которая, как показали Атасси и сотр. [42, 45], является одним из антигенных детерминантов молекулы лизоцима (красным антигенным детерминантом на фото статьи [42]). Обратим внимание на тот факт, что у конца этого антигенного детерминанта стоит один из S–S мостиков молекулы.

Следующая стадия – завершение формирования второго и третьего доменов. Ее конечный результат – также окончание формирования одного из антигенных детерминантов лизоцима – в данном случае желтого [42]. И снова, на конце антигенного детерминанта формируется S–S мостик.

Затем следует завершающая стадия – окончание формирования 1-го домена. Как и ранее, процесс завершается формированием антигенного детерминанта – на этот раз синего [42]. И снова, как и в первых двух случаях, у конца антигенного детерминанта устанавливается S–S мостик. Поскольку, как мы это теперь уже знаем [37, 38, 49], антигенные детерминанты представляют собой линейные олигопептиды, боковые остатки большей части аминокислот которых не образуют связей, детерминируемых А – А ходом, с другими аминокислотными остатками данной молекулы, ясно, что в местах их локализации жесткость конструкции молекулы резко уменьшается, и мы видим, как это ослабление конструкции здания тут же компенсируется установлением дополнительного перекрытия – S–S мостика! Существенно, что S–S мостики стоят там, где изменяется шаг спирали, что также ведет к ослаблению конструкции молекулы.

Удивительно и строение самой трехмерной молекулы в целом. Верхняя ее часть напоминает голову, центр – корпус тела. Третья – подвижная ее часть – конечности. Легко видеть, что в основе подвижности третьей части лежит наличие на концах спирали 4-го домена петель и двух S–S мостиков. Благодаря такой конструкции эти петли могут скользить друг относительно друга на 4 шага–аминокислотных остатка. Не менее удивительно, что такого рода скольжение приводит к перераспределению остатков – разрыву прежних S–S мостиков: цис-64 – цис-80 и цис-76 – цис-94 и образованию двух новых: цис-64 – цис-76 и цис-94 – цис-80. Одновременно возникает и новая система А – А связей, из которых особо обращают на себя внимание связи, образуемые между двумя рядом стоящими остатками лизина лиз-96 – лиз-97, с одной стороны, и двумя рядом стоящими остатками лейцина, лей-84 – лей-85, с другой, как бы замыкающими новое положение подвижного элемента молекулы – ее рабочих рук. Однако, вопрос о роли, играемой таким движением в каталитическом акте, анализируется в другой статье.

Не менее интересно, что рабочие элементы молекулы лицозима – ее руки и антигенные детерминанты – ее органы чувств – расположены только с одной ее стороны, которую мы условно назовем лицевой. Своеобразно устроена и противоположная сторона молекулы – ее остов – как у молекулы репрессора cro – опорная часть, на которой держится вся конструкция. Легко видеть, что основу этой части молекулы составляют 4 вертикальных ряда: 1) тир-20, цис-30, цис-115, тре-40, сер-86 и арг-68; 2) асп-119, асп-19, вал-29, асн-39, мет-106, асп-8 и тре-89; 3) вал-120, асн-18, три-28, фен-38, асн-106, иле-80, про-70; 4) глн-121, лей-17, асн-27, асп-37, ала-107, тре-89 и гли-71. Бросается в глаза, что из 6 аминокислотных остатков первого вертикального ряда 5 относятся только к 3-ей компоненте связности, из 7 аминокислотных остатков второго вертикального ряда – 6 относятся только к 1-ой компоненте связности, из 7 аминокислотных остатков 3-го ряда – четыре относятся к первой компоненте связности, а из 7 аминокислотных остатков 4-го ряда – два к первой, два ко второй и три к третьей компоненте связности. Поскольку эти вертикальные ряды стоят рядом друг с другом, ясно, что такого рода избирательность не является случайностью, а напротив, свидетельствует о том, что аминокислоты, относящиеся к той или иной компоненте связности, используются для выполнения задач, свойственных каждой компоненте.

Своеобразную роль выполняет остаток триптофана. Он ставится на участках, где полипептидная цепь резко изгибается. Так, три-62 и три-63 стоят в участке полипептидной цепи лизоцима, который резко изгибается при сдвиге цепей домена 4 друг относительно друга, три-108 – на участке, изгибающемся при переходе возвращающейся к NH₂-концу полипептидной цепи с шага спирали 18 на 12, а три-123 – на участке, изгибающемся при переходе от домена 2 к домену 1.