Кристаллины (белки хрусталика глаза)
Кристаллины - особые белки хрусталика глаза.
Линза глаза (хрусталлик) состоят из передних эпителиальных клеток, покрывающих задние фибриллярные клетки. Как эпителиальные, так и фибриллярные клетки содержат структурные протеины, именуемые кристаллинами.
Воднорастворимые линзовые кристаллины составляют около 90% общих линзовых протеинов. Линзовые кристаллины принадлежат к трем семействам протеинов: альфа-, бета-, и гамма- кристаллинам. Каждый класс кристаллинов иммунологически отличен и состоит из семейства родственных полипептидов. За исключением гамма-кристаллинов и одного бета-кристаллина, которые существуют как мономеры, полипептиды каждого класса кристаллинов ассоциируются в различных комбинациях, формируя полимеры.
Во время эмбриогенеза при формировании линз первыми синтезируются альфа-кристаллины (альфа-А и альфа-В) ( Zwaan J.,1983 ). Данные белки являются водорастворимыми и играют важную роль в поддержании прозрачности линз ( Delaye M.,1983 ). Самыми большими протеинами являются альфа-кристаллины, являющиеся продуктами двух генов - альфа-А и альфа-В. Альфа-кристаллины состоят из кислых и основных полипептидов, обозначенных соответственно альфа-А и альфа-В. Данные пептиды имеют 57% гомологии по аминокислотному составу.
Семь протеиновых областей выделяют в кристаллинах: четыре гомологичных мотива, соединяющий пептид, N- и C-концевые области.
Кристаллины подразделяются на две основные группы: альфа-кристаллины и бета-гамма кристаллины . Альфа-кристаллины - это очень большие молекулы, массой около 700 кДа, состоящие из 35 - 40 субъединиц с Мr около 20 кДа. Существуют два основных типа - альфа A-кристаллины и альфа B кристаллины , возникшие в результате дупликации гена-предшественника около 500 миллионов лет назад. Точная трехмерная структура все еще остается предметом дискуссии, но все современные модели сходятся на группировке субъединиц 20 кДа в большую глобулярную структуру диаметром до 16 нм. Такие большие молекулы, казалось бы, должны рассеивать свет; тот факт, что этого не происходит, и то, что хрусталик прозрачен как вода, означает, что альфа-кристаллины поддерживают какую-то форму короткодистантого квазикристаллического порядка. Наконец, интересно отметить, что была определена аминокислотная последовательность альфа-кристаллинов многих видов животных. Эти последовательности демонстрируют очень медленные изменения в геологических масштабах времени, а потому пригодны для установления их эволюционных взаимоотношений. Их филогенетическое древо показано на рис. 15.17 . В ходе исследований в этом направлении оказалось, что альфа-кристаллины связаны с белками теплового шока дрозофилы, нематоды Caenorhabditis elegans и некоторых других животных. Белки теплового шока - эти пример так называемых молекулярных шаперонов . Их функция состоит в предупреждении некорректного связывания между частично денатурированными белками, накапливающимися в подвергшихся воздействию клетках. Из этого следует, что и альфа-кристаллины действуют как молекулярные шапероны. Нетрудно предположить, что именно эта функция альфа-кристаллинов использовалась на всем протяжении эволюции для предупреждения агрегации белков в волокнах хрусталика, что вызывало бы рассеивание света. Бета-гамма-кристаллины меньшего размера, чем альфа-кристаллины. Гамма-кристаллины - это мономеры с Мr около 20 кДа, тогда как бета-кристаллины - это мультимерные формы с Мr от 40 до 200 кДа. Все они связаны между собой и образуют большое семейство структурных белков. Многочисленные другие типы кристаллинов (дельта, епсилион, ро, тау, пи) обнаружены у позвоночных, не относящихся к млекопитающим, а сходные кристаллины обнаружены в хрусталиках головоногих.
Бета- и гамма-кристаллины принадлежат к одному и тому же суперсемейству линзовых протеинов. Данные протеины состоят из 4 родственных последовательностей "Greek-key" мотивов, образующих бета-витки, и формирующие глобулярные домены в N- и С-терминальных областях. Бета-кристаллины содержат также неродственные N- и C-терминальные области, играющие роль в способности бета-кристаллинов формировать мультимеры. Гамма-кристаллиновые протеины закручиваются в два отдельных домена. Каждый домен содержит два "Greek-key" мотива, каждый из которых имеет свернутую шпильку, обеспечивающую стабильность между двумя бета-полосами.
Основная функция высоко экспрессируемых кристаллиновых протеинов - обеспечивать компактную упаковку, обусловливая прозрачность и рефракцию одновременно с растворимостью и стабильностью. Для увеличения степени прозрачности (транспорентности) линзовые клетки утратили функции синтеза и деградацию белка. Альфа кристаллины, присутствующие в высокой концентрации, связываются с субстратными протеинами, включая бета и гамма-кристаллины, предотвращая их преципитацию. Флуктуации в индексе рефракции и соответственно снижение прозрачности линз происходит за счет аномальных протеиновых аккумулиций.
Альфа-, бета- и гамма- кристаллины являются главными цитоплазматическими линзовыми протеинами хрусталика.
