Кіріспе

Боқалардың панкреатикалық рибонуклеазасы, сондай-ақ көбінесе боқалардың панкреатикалық рибонуклеазасы А немесе жай ғана RNase A деп аталады, бұл бір жіпті РНК-ны ажырататын панкреатикалық рибонуклеаза ферменті. Ірі қара малдың панкреатикалық рибонуклеазасы - ақуыздар ғылымының классикалық модельдік жүйелерінің бірі. Химия саласындағы екі Нобель сыйлығы ірі қара малының панкреатикалық рибонуклеазасы бойынша жұмысына марапатталды: 1972 жылы сыйлық Кристиан Анфинсенге ақуыздың бүктелуі бойынша жұмысы үшін, Стэнфорд Мур мен Уильям Стейнге ақуыздың құрылымы мен оның химиялық механизмі арасындағы қарым-қатынас бойынша жұмысы үшін берілді; 1984 жылы сыйлық Роберт Брюс Меррифилдке ақуыздардың химиялық синтезін әзірлеу үшін берілді.

Тарих

Ірі қара малдың панкреатикалық рибонуклеазасы ақуыздарды зерттеуде кең таралған модельдік жүйеге айналды, себебі ол өте тұрақты және оны көп мөлшерде тазартуға болады. 1940 жылдары Армор мен компания бір килограмм ақуызды өте көп мөлшерде тазартты, әсіресе сол кездегі ақуызды тазарту стандарттарына сәйкес және қызығушылық танытқан ғалымдарға арзан бағамен үлгілер ұсынды. Тазартылған ферменттің бір партиясын алу мүмкіндігі оны белок зерттеулері үшін басым модельдік жүйеге айналдырды. Ол көбінесе рибонуклеаза А немесе РНАЗ А деп аталады, өйткені оның ақуыздар отбасының ең көрнекті мүшесі, панкреастық рибонуклеаза, рибонуклеаза А немесе рибонуклеаза I деп аталады. Кристиан Анфинсеннің ірі қара панкреасының рибонуклеазасының тотықтырғыш бүлу процесін зерттеулері аминқышқылдар реті мен белоктың бүлінген үш өлшемді құрылымы арасындағы байланысты түсіну үшін негіз қалады және белок бүлудің термодинамикалық гипотезасын нығайтады. RNase A - оның құрылымы белгілі болмай тұрып, дұрыс каталитикалық механизмі ұсынылған алғашқы фермент болды. RNase A протеиннің бүлінуінде пролин қалдықтарының алдында пептидтік байланыстардың отандық емес изомерлерінің әсерін көрсететін алғашқы белок болды. Боналық панкреатикалық рибонуклеаза сонымен қатар ақуыз құрылымын, оның ішінде сіңіру, айналмалы дихроизм, Раман, электронды парамагниттік резонанс (EPR) және ядролық магниттік резонанс (NMR) спектроскопиясын зерттеу үшін көптеген спектроскопиялық әдістерді әзірлеу үшін пайдаланылатын модель ақуыз болды. Бұл протеиндерді зерттеудің химиялық әдістерін әзірлеудің алғашқы үлгілі ақуызы болды, мысалы, ашық жанама тізбектерді химиялық өзгерту, антигендік тану және ретсіз сегменттердің шектеулі протеолизі. 1967 жылы протеаза субтилизинмен өңделген RNase A болып табылатын S рибонуклеазасы кристаллографиялық құрылымы шешілген үшінші белок болды.

Құрылымы мен қасиеттері

RNase A салыстырмалы түрде кішкентай ақуыз (124 қалдық, ~ 13,7 кДа). Оны РНК субстратты байлау үшін терең саңылаулы екі қабатты белок ретінде сипаттауға болады. Бірінші қабат белоктың N терминалды жартысынан үш альфа- спиральдан (3 13, 24 34 және 50 60 қалдықтар) тұрады. Екінші қабат екі β-қаптамаға орналастырылған үш β-қаптамадан (61 74, 79 104 және 105 124 қалдықтар C-терминал жартысынан) тұрады. 61 74 және 105 124 шаштық шыналар 4-тірілі, антипараллель β табағын құрайды, ол 3-ші спиральде орналасқан (тұнбалар 50 60). Ең ұзын β шаштық 79 104 қысқа β саппен (42 45 қалдық) жұптасып, 2 спиральде орналасқан үш саптық, антипараллель β табағын құрайды (234 24 қалдық). RNase A өзінің бастапқы күйінде төрт дисульфидті байланыста болады: Cys26 Cys84, Cys58 110, Cys40 95 және Cys65 72. Бірінші екеуі (26 84 және 58 110) конформациялық бүгу үшін маңызды; әрқайсысы бірінші қабаттың альфа спиральін екінші қабаттың бета табағына қосып, оның маңында шағын гидрофобтық өзекті құрайды. Соңғы екі дисульфидтік байланыстар (40 95 және 65 72) бүктеу үшін маңызды емес; физиологиялық жағдайларда тума құрылымына әсер етпей-ақ, біреуін (бірақ екеуін де емес) азайтуға болады. Бұл дисульфидті байланыстар бұранданың сегменттерін жалғастырады және еріткішке салыстырмалы түрде әсер етеді. 65 72 дисульфидті байланыстың қалыптасу ықтималдығы ерекше жоғары, оның петля энтропиясынан күтілетіннен әлдеқайда көп, ол пептид ретінде де, толық ұзындығындағы белок ретінде де болады. Бұл 61 74 β шаштық ілгегінің конформациялық бүгуге бейім екендігін көрсетеді. RNase A - негізгі белок (pI = 9.63); оның көптеген оң зарядтары РНҚ-ға (полианионға) байлануына сәйкес келеді. Жалпы алғанда, RNase A әдеттегідей полярлы немесе гидрофобтық топтарда, әсіресе алифалық топтарда, әдеттегідей жоқ. Бұл оның құрылымын тұрақтандыру үшін төрт дисульфидті байланысқа мұқтаж екендігін түсіндіреді. Гидрофобтылығы төмен болуы жоғары зарядталған топтар (өзінің және оның субстраттық РНК-ның) және төмен диэлектрлік тұрақты аймақтар (поляр емес қалдықтар) арасындағы физикалық керілуді азайтуға да көмектеседі. RNase A (тұтыну 3 13) N терминалды α спиральін RNase A-ның қалған бөлігіне икемді байланыстырушы арқылы жалғастырады (тұтыну 16 23). Ф. М. Ричардс көрсеткендей, бұл байланыстырушыны 20 және 21-ші қалдықтардың арасында сублизинмен ажыратуға болады, бұл N терминалды спиральді RNase A-ның қалған бөлігінен ажыратуға себеп болмайды. Пептидтік протеин кешені "RNase S" деп аталады, пептид (тұнтық 1 20) "S пептиді" деп аталады, ал қалған бөлігі (тұнтық 21 124) "S протеин" деп аталады. S пептидінің S протеинін ажырату константасы шамамен 30 pM; бұл тығыз байлануды S пептидін қызығушылық тудыратын белокқа жалғау және қоспаны байланған S белокпен аффиндік бағанадан өткізу арқылы белокты тазарту үшін пайдалануға болады. [Кішірек С пептиді (113 қалдық) де жұмыс істейді.] РНАЗ S модельдік жүйесі ақуыздың бүлінуін дәнекерлеу және ассоциациялау арқылы зерттеу үшін де қолданылған. S пептиді оқшауланған (жарқылдаған) екінші құрылымға ие екендігі анықталған жергілікті белоктан алынған алғашқы пептид болды (Кли мен Браунның 1967 жылы). RNase A пиримидин нуклеотидтері бойынша бөлініп шығады. Бөліну екі кезеңмен жүзеге асырылады: бірінші, 3,5 фосфодиэстерлік байланыс бөлініп, 2,3 циклді фосфодиэстерлік аралық зат алынады; екінші, циклді фосфодиэстер 3 монофосфатқа гидролизделеді. Оны рибонуклеаза ингибиторлы ақуыз, ауыр металл иондары және уредин ванадат кешендері тежеуі мүмкін.