5.4. ЛИПИД-СВЯЗЫВАЮЩИЕ МОТИВЫ

Периферические белки связываются с мембраной как посредством ассоциации с интегральными белками, так и непосредственно, связываясь с липидами бислоя (рисунок 35).

Сравнение генов различных периферических белков выявило наличие в их структуре нескольких характерных липид-связывающих мотивов, некоторые из которых перечислены в таблице 4.

Таблица 4 - Липид-связывающие мотивы

В таблице производные фосфатидилинозитола обозначены PIP2 и РІРз (рисунок 43), PI-3 обозначает фермент фосфатидилинозитол-3-кина- за, PS - фосфатидилсерин, а PH - плекстриновую гомологию.

Так, например, плекстриновый гомологический (PH) домеи, который связывает два типа фосфорилированных фосфатидилинозитолов (Р1Р₂ и РІРз), является одиннадцатым из наиболее часто встречающихся белковых доменов в геноме человека. Этот домен был первоначально обнаружен в плекстрине - белке тромбоцитов.

Рисунок 43 - Фосфорилированные производные фосфатидилинозитола (PI): PIP - фосфатидилинозитол-4-фосфат. PIP2 - фосфатидилинозитол-4.5-бисфосфат.

Высокая частота, с которой этот мотив встречается в геноме человека, указывает на то, что локализованные вблизи мембраны белки выполняют много важных функций.

Другие характерные липид-связывающие мотивы: домен С2, домен анкеринового повтора и FERM-домен.

Домен С 2, который первоначально был обнаружен в составе проте- ин-киназы С, является мембран-связывающим доменом у многих киназ, фосфатаз и фосфолипаз.

Фосфолипазы являются примером водорастворимых ферментов, которые активизируются в результате соединения с полярными головками мембранных фосфолипидов. Фосфолипазы гидролизуют различные меж­атомные связи в полярной головке (рисунок 28). Эти ферменты играют важную роль в процессах деградации повреждённых или ненужных клеточных мембран и являются активным веществом во многих змеиных ядах.

Механизм действия фосфолипазы Аг (рисунок 44) иллюстрирует процесс обратимого связывания водорастворимого фермента с мембраной и катализа реакций на границе между водным раствором и липидной фазой.

Рисунок 44 - Схема фосфолипазы Аг. Стрелкой указана гидролизуемая связь

Находясь в водном растворе, активный центр фосфолипазы Аг, со­держащий ион Са²⁺, находится в теле фермента в глубине белкового каталитического канала, поверхность которого образована гидрофобными аминокислотами. Фермент имеет наибольшее сродство к бислою, состоя­щему из отрицательно заряженных фосфолипидов, например, из фосфо- тидилэтаноламинов. Такое сродство обеспечивают положительно заря­женные лизины и аргинины, которые окружают вход в каталитический канал фосфолипазы Аг (обозначены черным цветом на рисунке 44). Электростатическое связывание фосфолипазы Аг с мембраной индуци­рует конформационное изменение в белковой глобуле, которое фиксирует фермент на головках фосфолипидов и открывает гидрофобный канал.

В результате тепловой диффузии фосфолипид заходит из бислоя в канал, где он, благодаря электростатическому взаимодействию отрица­тельно заряженных групп головки фосфолипида с ионом Са²⁺, связывает­ся в активном центре фермента и правильно ориентирует атакуемую связь (показана стрелкой на рисунке) относительно каталитически активных аминокислот фосфолипазы Аг.

Контрольные вопросы и задания

1. Какие белки называют мембранными?

2. Какие выделяют три типа мембранных белков?

3. Из каких структурных частей состоят интегральные мембранные белки?

4. Какие элементы вторичной структуры содержат трансмембран­ные домены интегральных белков?

5. Как присоединяются к мембране липид-связанные мембранные белки?

6. Как связываются с мембраной периферические мембранные белки?

7. Какие особенности строения трансмембранных а-спиралей интег­ральных мембранных белков?

8. В чём состоит преимущество димеризации трансмембранных а-спиралей двух молекул гликопротеина А?

9. Как строение трансмембранного домена бактериородопсииа опре­деляет функциональные свойства этого белка?

10. Какова роль трансмембранных а-спиралей в функционировании ионных каналов?

11. В чём отличие строения трансмембранных доменов интегральных мембранных белков поринов от других мембранных белков?

12. Какие функциональные группы называют липофильными якорями?

13. На какие три группы разделяют липид-связанные белки по типу используемых липофильных якорей?

14. В чём заключается асимметрия интегральных белков и глико­липидов?

15. В чём причина низкой скорости диффузии мембранных белков по сравнению со скоростью диффузии молекул липидов в био­мембранах?

16. Какова функция липид-связываютцих мотивов в структуре пери­ферических мембранных белков?

17. Каким образом биомембраны активизируют водорастворимые ферменты фосфолипазы?