Принципы структурной организации белков - Г. Шульц 1982

Ковалентная структура белков
Дисульфидные связи

Большинство дисульфидных связей in vitro образуется спонтанно. Как уже упоминалось, дисульфидные мостики между парами цистеиновых остатков могут объединять различные участки белка, приводя к образованиям из ковалентно связанных цепей. Дисульфидные связи встречаются также в одиночных полипептидных цепях. Остаток цистеина полипептидной цепи может объединяться только с вполне определенным остатком цистеина, поэтому набор дисульфидных мостиков строго индивидуален для данного белка [94—100]. Кроме того, как правило, эти связи образуются спонтанно in vitro, не требуя внешних воздействий, например, ферментов [94]. Некоторые известные исключения, например дисульфидные связи инсулина и химотрипсина [101], обсуждаются в разд. 8.2.

* Можно возразить, что это преимущество невелико, поскольку введение одной дефектной субъединицы в тетрамерный белок может подавить функцию всего олигомера. Но обычно этого не происходит; олигомерные белки находятся в динамическом состоянии диссоциации и реассоциации; субъединицы обмениваются между олигомерами и дефектные устраняются. С помощью такого диспропорционирования могут быть исправлены природные дефекты и химические изъяны индивидуальных субъединиц [81].

Действительным исключением представлялся случай иммуноглобулина А, в котором для образования некоторых дисульфидных связей необходима J-цепь; однако J-цепь вряд ли можно рассматривать как внешний фактор [102].

In vivo мостики S—S образуются в восстановительных условиях. Цистеиновые остатки легко окисляются in vitro в остатки цистина, однако до сих пор неясно, каким образом дисульфидсодержащие белки образуются in vivo и когда они возникли в процессе эволюции белков. Эти две проблемы взаимосвязаны. Предполагается, что предшественники современных белков эволюционировали в восстановительной атмосфере; в существующих на сегодня клетках восстановительная среда поддерживается глютатионовой системой (5 мМ восстановленного глютатиона и 0,1 мМ окисленного глютатиона). При таких условиях образование дисульфидных мостиков в белках может происходить и не спонтанно. Поэтому предположили [103], что система, которая включает окисленный цистамин и связывающийся с мембраной фермент, может обеспечить введение связей S—S в белки. Эти ферменты, естественно, отличаются от дисульфидизомеразы белка [104—107], которая перестраивает имеющиеся в белках дисульфидные связи до получения (мета) стабильных структур.

Общая функция дисульфидных связей состоит в повышении стабильности свернутых белков (см. разд. 8.4 и работы [94] и [108]). Поэтому не вызывает удивления тот факт, что разрушение некоторых мостиков S—S не влечет за собой нарушения функций белка (табл. 4.1). Например, в случае а-амилазы можно восстановить все три дисульфидных звена и это не уменьшит ферментативной активности [109]. Однако известно много примеров белков, в которых дисульфидные связи несут весьма специфические функции.

Таблица 4.1 Восстановление дисульфидных мостиков