всей спектриновой сетью, это исключило бы возможность латеральных
перемещений самого белка, образования кластеров и транспортных функций.
Связь спектрина с мембраной осуществляется, вероятно, не только через
анкирин, но также с помощью дополнительных взаимодействий. Имеющиеся на
сегодняшний день данные свидетельствуют о том, что белок 4.1 обеспечивает
связь спектрина с интегральным белком мембраны. [5] Все перечисленные
дополнительные взаимодействия носят слабый характер и, видимо, играют
второстепенную роль по сравнению со взаимодействием спектрин-анкирин-белок
3.
Белок полосы 4.1 Необходим для нормальной стабилизации мембраны,
закрепляет связь спектрина с актином. На электрофореграмме данный белок
разделяется на две полосы: 4.1а (Mr=80 kD) и 4.1b (Mr=78 kD). Переход 4.1а
в 4.1b осуществляется с помощью деамидирования. Это глобулярный белок с
мол. массой 80 kD, составляющий около 5% от белковой массы цитоскелета
эритроцитов. Его изоформы сходны по аминокислотному составу. Обе изоформы
способны взаимодействовать со спектрином. Каждая из них содержится в
количестве примерно 100 000 молекул на 1 клетку. [5]
Белок полосы 4.2 Паллидин – это олигомер (Mr=72 kD), в клетке
присутствует в димерной и тримерной формах с Mr=185 kD. Соединяется с
цитоплазматическим доменом белка полосы 3, анкирином, спектрином и белком
полосы 4.1. [14]
Белок полосы 4.5 В его состав входят интегральные белки – переносчики
нуклеозидов и глюкозы через эритроцитарную мембрану. Основная часть белков
полосы 4.5 представлена транспортерами глюкозы (Mr=55 kD). [14]
Белок полосы 4.9 Центральный компонент цитоскелета с Mr=48 kD. Этот белок
выделен в виде тримера с Mr=145 kD. Стабилизирует взаимодействия спектрина
с актином и влияет на степень его полимеризации. Это фосфопротеин. Белок
присутствует в эритроцитах в количествах, приблизительно равных количеству
спектрина. О функциях этого белка практически ничего не известно. Возможно,
он принимает участие в укреплении цитоскелетного каркаса (сети
цитоскелета). Показано, что очищенный полипептид полосы 4.9 может
взаимодействовать с актиновыми нитями, снижая скорость полимеризации актина
и, возможно, стабилизируя короткие актиновые нити в эритроцитах. [5]
Полоса 5 Актин – представлен в эритроцитах (-изоформой и по физико-
химическим свойствам схож с актином поперечнополосатых мышц. Так как
функциональной формой актина является его полимер, изначально пытались
выяснить, есть ли в эритроцитах филаментный актин. Электронно-
микроскопические исследования показали, что актин присутствует в
эритроцитах в виде филаментов, содержащих от 12 до 17 мономеров актина. [5]
Выделенные мембраны эритроцитов, а также комплекс спектрина, актина и белка
4.1 способны индуцировать полимеризацию мономерного актина, подобно
олигомерам актина. Обработка цитохалазином В подавляет полимеризацию. Так
как типичный фибриллярный актин не выявляется в нативных эритроцитах, а в
опытах in virto можно индуцировать образование длинных филаментов,
связанных с мембраной, следует, по-видимому, предположить, что в
эритроцитах существуют какие-то механизмы, ограничивающие рост филаментов,
подобно тому, как это делает цитохалазин В. Актиновые олигомеры связываются
с N-концом молекулы спектрина латерально. Каждый тетрамер спектрина имеет
два сайта связывания для актиновых олигомеров. Спектрин может связываться с
Ф-актином по всей длине актиновой нити, и эти связи, видимо, существенны
для образования цитоскелетной сети. Важная роль во взаимодействии актина и
спектрина принадлежит белку полосы 4.1, который связывается со спектрином в
тех же участках, что и актин. Связь спектрина с актином в отсутствие белка
4.1 слабая и значительно усиливается в его присутствии, поэтому
взаимодействие спектрина и актина называют 4.1-зависимым. Комплексы белка
4.1, спектрина и актина обладают гораздо большей устойчивостью к
диссоциации при седиментации в сахарозе, чем комплексы актина и спектрина.
Возникает вопрос о том, какие факторы оказывают влияние на полимеризацию
эритроцитарного актина. Относительно низкая концентрация актина в
эритроцитах не может, вероятно, иметь решающего влияния на длину
филаментов. Предположим, что на полимеризацию актина могут влиять такие
актинсвязывающие белки, как спектрин и белок 4.1. Оказалось, что эти белки
способны регулировать скорость полимеризации актина, сокращая лаг-фазу,
уменьшая скорость элонгации и не вызывая при этом никаких изменений в
последовательности этапов полимеризации. Спектрин и белок 4.1 вызывают
нуклеацию глобулярного актина в условиях, когда концентрация актина ниже
критической и спонтанная полимеризация не происходит. Таким образом, можно
предположить, что спектрин и белок 4.1 представляют собой комплекс белков,
блокирующих медленный конец актиновой нити в отличие от большинства
"запирающих" белков, взаимодействующих с быстрым концом. Однако позже были
получены данные, которые противоречат этому предположению. Шен с соавторами
выделили фрагменты цитоскелета эритроцитов при обработке растворами с
низкой ионной силой при 37 (С. [5] Электронно-микроскопические исследования
полученных фрагментов показали, что часть из них содержит филаменты актина,
вдоль которых кластерами располагаются спектриновые молекулы. При инкубации
этих препаратов с глобулярным актином (при концентрации актина в растворе
выше критической) происходил рост актиновых нитей на обоих концах. Тсукита
с соавторами изучали полимеризацию актина на мембранах эритроцитов,
закрепленных на электронно-микроскопических сектах. При инкубации этих
препаратов с глобулярным актином на внутренней поверхности мембран,
содержащих цитоскелетные белки наблюдался рост актиновых филаментов. [5]
При концентрациях глобулярного актина, близких к критическим, рост
наблюдался только на медленном конце, а при дальнейшем увеличении
концентрации – на обоих концах нити. При обработке мембран "кэпирующим"
белком с мол. массой 45 kD, связывающимся с быстрым концом актиновых
микрофиламентов, рост наблюдался только на медленном конце. Данные Шена и
Тсукиты приводят к выводу о том, что в эритроцитах актин существует в виде
филаментов со свободными концами. Следовательно, спектрин и белок 4.1 не
являются кэпирующими белками, однако несомненно влияют на состояние актина
в эритроцитах, стабилизируя актиновые филаменты.
Белок полосы 6 Глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа (ГАФД), молекулярная
масса составляет 35 kD. Располагается на цитоплазматическом домене
анионтранспортного белка, в составе мультиферментного комплекса. Данный
белок является ферментом гликолиза и принимает участие в регуляции
окисления гемоглобина. [14]
Полоса 7 Основной составляющей полипептид – тропомиозин. Долгое время
оставалась неизвестной природа белка зоны 7. Было показано, что этот белок
связывается с антителами к тропомиозину, выделенному из мускульного желудка
цыпленка. Молекулярная масса белка совпадала с молекулярной массой
тропомиозинов, выделенных из мозговых тканей, из макрофагов и кровяных
пластинок. Тропомиозин эритроцитов – димер с мол. массой 60 kD, состоящий
из двух субъединиц с мол. массой 29 и 27 kD и связывающийся с мышечным
актином (Ф-актином) при соотношении: 1 молекула тропомиозина на 6-7
мономеров актина. Так как в эритроцитах филаменты актина содержат до 15-17
мономеров, они могут связывать две молекулы тропомиозина. [5]
Полоса 8 Представлена пептидной частью фермента глутатион-S-трансферазы
(Mr=23 kD). Взаимосвязь белка полосы 8 с мембраной является кальций –
зависимой.
В 1985 г. было показано, что еще одним компонентом цитоскелета
эритроцитов является миозин. С помощью моноклональных антител к тяжелой
цепи миозина Фаулер обнаружил в эритроцитах полипептид, который был выделен
и охарактеризован. Белок состоит из тяжелой цепи с мол. массой 200 kD и из
двух легких цепей с мол. массами 26 и 19,5 kD. В растворах с низкой ионной
силой он образует биполярные филаменты и обладает АТФазной активностью. В
эритроцитах миозин присутствует примерно в количестве 6000 молекул на 1
клетку, т.е. на 1 молекулу миозина, как и в других клетках, приходится
около 80 мономеров актина. [5]
Белки, образующие цитоскелет эритроцитов, неуникальны. Они или им
подобные белки есть во многих других клетках. Преимущественная их
локализация – вблизи мембран. Вероятно также, что рассмотренные белки могут
быть полифункциональны и использоваться в структурных комплексах разного
функционального назначения. [5]
Полосу 9 на электрофореграмме составляет белок глобин, который является
частью мембрансвязанного гемоглобина. Как уже говорилось выше,
цитоплазматический домен белка полосы 3, включающий около 380
аминокислотных остатков, локализован в цитоплазме и играет важную роль в
поддержании формы эритроцита и его метаболизме. N-концевая
последовательность цитоплазматического домена богата аминокислотными
остатками кислого характера. На этом участке находятся центры связывания
гидролитических ферментов – глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы,
альдолазы, каталазы, гемоглобина и гемихрома. Таким образом,
цитоплазматический домен анионтранспортного белка и является местом
локализации мембрансвязанного гемоглобина, о структуре, свойствах и
некоторых аспектах функционирования которого будет сказано ниже.
Гемоглобин Гемоглобин – белок эритроцитов, красных кровяных клеток,
переносящий молекулярный кислород от легких к тканям в организмах
позвоночных животных. Гемоглобин можно считать своего рода модельным
белком, структура, свойства и функции которого наиболее полно изучены по
сравнению с другими белками на протяжении последних 50 лет. Американский
физик Хопфилд назвал его атомом водорода современной биохимии, имея в виду,
что изучение гемоглобина сыграло в биохимии ту же роль, что и изучение
атома водорода в физике. Гемоглобин называют также почетным ферментом,
поскольку исследования его структуры в статике и динамике позволили
значительно продвинуться в понимании механизмов функционирования ферментов.
Структура этого глобулярного белка известна в деталях главным образом
благодаря работам английского биофизика Макса Перутца, который получил
первые рентгеноструктурные данные еще в конце 40-х годов нашего века. За
эти исследования он был удостоен Нобелевской премии.
Структура гемоглобина Молекула гемоглобина состоит из четырех субъединиц:
двух ( и двух ( - и соответственно содержит четыре полипептидные цепочки
двух сортов. Каждая (-цепочка содержит 141, а (-цепочка – 146
аминокислотных остатков. Таким образом, вся молекула гемоглобина включает
574 аминокислоты. Хотя аминокислотные последовательности (- и (-цепочек
различны, они имеют практически одинаковые третичные пространственные
структуры. Собственно говоря, приведенные выше детали структуры относятся
не к гемоглобину, а к его белковой компоненте – глобину. Каждая субъединица
гемоглобина содержит одну небелковую (так назваемую простетическую) группу
– гем. Гем представляет собой комплекс Fe(II) с протопорфирином. Структура
гема представлена на рис.1, а. [2]
Атом железа может образовать шесть координационных связей. Четыре связи
направлены к атомам азота пиррольных колец, оставшиеся две связи –
Рис.1. Структура гема (а), структура активного центра дезоксигемоглобина
(б), структура активного центра оксигемоглобина (в).
перпендикулярно к плоскости порфиринового кольца по обе его стороны. Гемы
расположены вблизи поверхности белковой глобулы в специальных карманах,
образованных складками полипептидных цепочек глобина. Гемоглобин при
нормальном функционировании может находиться в одной из трех форм:
феррогемоглобин (обычно называемый дезоксигемоглобином или просто
гемоглобином), оксигемоглобин и ферригемоглобин (называемый также
метгемоглобином). В феррогемоглобине железо находится в закисной форме
Fe(II), одна из двух связей, перпендикулярных к плоскости порфиринового
кольца, направлена к атому азота гистидинового остатка, а вторая связь
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5
|