Лженаука – генетика. Чума ХХ века.

5.7. Виды белков с точки зрения молекулярной и клеточной биологии

 

 

 

Белки состоят из нескольких активных функциональных единиц, соединенных цепями аминокислот, вставками, которые часто имеют значение для адекватной трехмерной упаковки белка или цепочками, которые определяют вид и совместимость наборов генов, но которые почти никак не изменяют свойства белка, если в этих участках белка заменять аминокислоты.

 

Белки могут быть классифицированы на основе таких признаков, как место их синтеза (цитоплазма или эндоплазматическая сеть), по тому, где место их основной функции (ЭР, АГ, цитоплазма, протеосомы, лизосомы…), как они синтезируются и куда потом доставляются транспортной системой клетки.

 

Как я уже писал выше, белки синтезируются для разных целей. 1. На цитоплазматических рибосомах и полисомах синтезируются белки для нужд цитоплазмы и ядра. 2. На эндоплазматической сети синтезируются мембранные белки для внутренних нужд и для реализации связи между клетками. Там же существует синтез внутрипросветных резидентных белков для эндоплазматической сети, для аппарата Гольджи, лизосом, а также синтез и секреция белков ферментов и их помощников, синтез и секреция структурных белков матрикса и сигнальных белков.

 

Многие белки могут быть сгруппированы в семейства – коллагены, глобины, эластины, актины, сериновые протеазы… Белки одного семейства близки как по своей функции, так и по аминокислотной последовательности. Они произошли в результате удвоения и дивергенции одного гена. Они используются разными тканями, где их функция наиболее оптимальна. Белки одного и того же типа, взятые от разных организмов, могут замещать друг друга. Если пересадить белок Сек13 из дрожжей человеку, то человеческие клетки будут работать нормально, конечно, если при этом не произойдет значимых гибридизационных осложнений.

 

Имеются белки с двойными функциями, например, белок БАРС, – повторюсь, – который регулирует и интенсивность считывания генетической информации, и участвует в разрушении шеек мембранных почек, что ведет к появлению мелких (52 нм в диаметре) мембранных пузырьков (233). Белки могут выполнять другую, обычно параллельную первой функцию, если субстрат другой, похожий. Или, если другой ионный состав цитоплазмы, то специфика действия фермента может быть изменена.

 

Белки могут быть классифицированы по разным параметрам.

1. Белки, ответственные за состояние многоклеточности.

А. Развитие организма.

Б. Тканевый гомеостаз, в том числе контроль за клеточным делением.

 

В клетке белки могут быть ответственны за следующие функции.

1. Клеточное деление.

2. Синтез белков и их посттрансляционная модификация.

3. Транспорт белков.

4. Цитоскелет.

5. Преобразование энергии.

6. Синтез разных веществ: белков, липидов, сахаров, полисахаридов.

 

Белки могут выполнять следующие функции.

1. Белки, обеспечивающие функцию одиночных клеток.

2. Белки, нужные для строительства и функционирования многоклеточного организма.

1а. Белки, химически изменяющие простые, органические вещества.

1б. Белки, управляющие белками-ферментами.

1в. Белки, переносящие через мембрану ионы и небольшие органические ионизированные молекулы.

1г. Белки, полимеризующиеся и деполимеризующиеся (цитоскелет).

1д. Белки, синтезирующие биополимеры.

1е. Белки, режущие биополимеры.

1ё. Матриксные белки, образующие матрикс.

 

Как правило, вся информация о всех свойствах и поведении белка в стандартной клетке записана в последовательности его аминокислот. В последовательности аминокислот могут быть зашифрованы следующие сигналы:

1. Сигнальный пептид.

2. Сигнал для входа в ядро через ядерную пору.

3. Сигнал выхода из эндоплазматической сети.

4. Сигнал форфорилирования.

5. Сигнал гликозилирования (Н и О).

6. Сигнал присоединения жирной кислоты пальмитиновой и т.д.

7. Сигнал присоединения маннозо–6–фосфата.

8. Сигнал убиквитирования.

9. Сигналы присоединения коатомера и клатрина.

10. Сигнал, определяющий место гидролиза ферментом протеазой.

11. Сигналы, регулирующие выход белка из эндоплазматической сети и из аппарата Гольджи.

 

Так, вход белка в эндоплазматический ретикулум и попадание в пул секретируемых белков определяется наличием специального сигнального пептида. Позицию белков в эндоплазматической сети определяет длина трансмембранного участка и некоторые последовательности аминокислот. Так, последовательность из 4 аминокислот (лизин, аспаргиновая кислота, глутаминовая кислота и лейцин), имеющаяся на конце аминокислотной цепи белков, которые находятся в просвете эндоплазматической сети, определяет их взаимодействие с КДЕЛ-рецептором и их возврат назад из аппарата Гольджи в случае их попадания в просвет цистерн аппарата Гольджи.

 

Последовательность из других четырех аминокислот – лизин, лизин, и две любые аминокислоты на С–конце цитоплазматического домена мембранных белков на С–конце цепи (это конец, который оканчивается атомом углерода) ККХХ – определяет взаимодействие белков с белковым покрытием мембран под названием коатомер–1 и вызывает блокирование их выхода из эндоплазматической сети. Позиция белков на в аппарате Гольджи определяется длиной и строением участка их аминокислотной цепи, расположенного внутри липидного бислоя, и взаимодействием с другими ферментами гликозилирования по типу олигомеризации, то есть, образования коротких полимеров. Позиция ферментов лизосом определяется наличием специальной последовательности аминокислот, к которой присоединяется остаток маннозо–6–фосфата. Наличие такого остатка в полисахаридной цепочке ведет к взаимодействию этого белка с рецептором маннозо–6–фосфата, который локализован в мембранной сети, расположенной после аппарата Гольджи, и затем перемешивается сначала в поздние эндосомы, а потом, после отщепления там, от рецептора в лизосомы (см. Приложение_V).

 

Кроме того, белки могут классифицироваться с точки зрения молекулярной биологии и “проявляемости” мутаций (см. раздел 6.4). По этой классификации белки могут быть разделены на следующие группы.

 

1. Изогены. Тот геном, который мы имеем расшифрованным в базах данных, это геном одного какого–то человека. За счет наличия изогенов один и тот же фенотип человека может кодироваться миллионами генотипов. Возникают вопросы. Почему в базах данных белки, последовательности нуклеотидов даны в одном варианте, а не в миллионах возможных? Почему в базах данных мы практически всегда имеем дело не с миллионами вариантов последовательностей нуклеотидов, а с одной? Поэтому там не приведены миллионы возможных изогенов? Ответ прост. Миллионы лет эволюции привели к тому, что природа подобрала такие сочетания генов, которые ни в одном, даже самом небольшом, участке при синтезе незрелой и зрелой мРНК не дают комплементарных цепей, способных к склеиванию.

 

Аллельные (то есть образующие пару генов в парных хромосомах – один от отца, другой от матери) гены, кодирующие белки, можно разделить на несколько групп с точки зрения того, насколько их функция отличается друг от друга. Как я уже писал, один и тот же белок может кодироваться тысячами, а может миллионами разных генов. Это число можно подсчитывать для каждого отдельного белка. Это связано с тем, что одна и та же аминокислота может кодироваться несколькими триплетами нуклеотидов. Двумя исключениями из данного правила являются метионин и триптофан. Метионин всегда начинает аминокислотную последовательность любого белка, а тирозин обладает уникальным среди аминокислот боковой группой, имеющей форму восьмерки, которая состоит из бензольного кольца и пятичленного гетерокольца, содержащего азот. Следовательно, семейство генов, кодирующих данную цепь аминокислот, может быть представлено как связка пучков последовательностей нуклеотидов, которые сходятся в точках, где в белке расположены метионин и триптофан. Такая ситуация требует для своего обозначения специального термина. Назовем последовательности нуклеотидов, дающие при синтезе абсолютно одинаковые белки, изологичными генами или изогенами.

 

Тот же самый человек в других соматических клетках может иметь изогены того же самого белка, поскольку не во всех клетках синтезируются все гены. Те, которые могли бы быть подвергнуты гибридизации, могут не экспрессироваться, не синтезироваться, будучи заблокированными на уровне гетерохроматина. Поэтому, если для клонирования человека берется соматическая клетка, то очень велика вероятность того, что она будет страдать от гибридизационных осложнений транскрипции. Наличие возможной межмолекулярной гибридизации может маскироваться низким уровнем синтеза белков, которые могли бы давать феномен гибридизации с изогеном, полученным в результате мутации. Получается, что у одного и того же человека может быть миллион близнецов, которые существенно отличаются по генотипу, но абсолютно одинаковы по фенотипу.

 

2. Гомогены. Если мы учтем, что большинство аминокислот имеют гомологичные аминокислоты, видимо, опять за исключением метионина и триптофана, то пучки нуклеотидных последовательностей, расположенных между метионинами и триптофанами или между метионином и триптофаном, будут ещё гуще. Последовательности нуклеотидов, дающие при синтезе белки, которые практически не отличаются по своей функции из–за того, что там аминокислоты заменены на свои гомологичные, гомологичными генами или гомогенами. А белки, которые получаются при синтезе из гомологичным генов или гомогенов, – гомологичными белками. Другими словами, изологичные последовательности дают совершенно одинаковый белок. Гомологичные последовательности дают белки почти совершенно одинаковые по функции.

 

3. Дублируемые белки. Изоформы белков (232). Изоформы белков должны быть гомоформны. Отличие в том, что это мутации с той же самой рамки считывания сплайсинга. Изоформы меняют рамку сплайсинга.

 

4. Незаменимые белки. Число их невелико. Так, на моей памяти это белки коатомера номер один и два. После их удаления клетки обязательно гибнут.

 

5. Заменяемые или функционально параллельные белки – белки, которые находятся в аллельной паре, но имеют разное строение главных функциональных групп, мы назовем функционально различными изоформами, в случае, если при их образовании используется альтернативный сплайсинг, и негативно-доминантными белками, если имеется замена консервативной аминокислоты на негомологичную, что ведет к изменению функции данного белка.

 

6. Белки с двойной функцией. Обычно в тех частях белков, которые выполняют определенную биологическую функцию, наиболее важные для этой функции аминокислоты оказываются очень консервативными в течение эволюции. Это обстоятельство легко распознается современными компьютерными программами, ориентированными на сравнение последовательностей нуклеотидов и аминокислот.

 

7. Повреждающие мутантные белки, которые блокируют функцию нормального белка.

 

8. Выбитые белки вследствие сдвига рамки считывания или мутаций в начальном кодоне данной рамки считывания…

 

9. Гибридизирующие белки (а точнее гены) – это гены, транскрипция с которых ведёт к внутримолекулярной или межмолекулярной гибридизации.

 

Сейчас у нынешних организмов подавляющее большинство преобразований основаны на “приклеивании” одного белка к другому или к небольшой молекуле. При склеивании изменяется метаболическая активность белка, его каталитические (энзиматические) свойства. Обычно взаимодействия белков основаны на следующих феноменах:

1. Электростатическое склеивание.

2. Гидрофобное склеивание (минимизация свободной энергии).

3. Белки могут погружать в мембрану свои гидрофобные участки, и закон минимизации свободной энергии не позволяет им отклеиться от мембраны, если там имеется гидрофобный участок.