Биологическая химия. Том 31 - Карасев В.А.
Скачать (прямая ссылка):
родные биоэнергетические концепции и предложить механизм переноса энергии, увязанный со средой существования надмолекулярных структур, особенностями их внутренней структуры, симметричной надмолекулярной организацией и колебательным режимом их функционирования. Это позволяет нам сформулировать второй основополагающий принцип нашей концепции —принцип сопряжения через водородную связь для передачи энергии: перенос энергии в биоструктурах должен осуществляться по ССИВС путем сопряжения через водородную связь.
Хотя, в отличие от принципа континуальности ССИВС, принцип сопряжения через водородную связь пока не имеет прямого экспериментального обоснования и является, по существу, рабочей гипотезой, его использование оказалось полезным, что будет продемонстрировано нами в последующих разделах.
Разработанный механизм переноса зарядов имеет ряд следствий. В частности, в молекулах, формирующих биоструктуры, можно выделить два типа групп: пассивные группы, создающие гидрофобную среду для формирования ССИВС (в основном это С—С-группы), и активные группы, участвующие в -формировании ССИВС и в переносе энергии (все прочие группы, представленные в табл. 1). Другим следствием является то, что при рассмотрении биомолекул в составе ССИВС оказалось возможным выделить входы (атомы водорода) и выходы (неподеленные пары электронов), то есть: -HHQ—R=X:-*-. Придавая водородной связи функцию «контакта» между биомолекулами-биомодулями, а также используя термин «сигнал» для обозначения процесса переноса энергии согласно предложенному механизму, можно провести анализ возможных функций биомолекул в составе ССИВС. Мы полагаем, что этот вопрос также относится к числу общих и он является последним, который будет рассмотрен в первой части нашего обзора.
4.4. Биомолекулы как функциональные модули ССИВС
Аминокислоты. Существующие классификации аминокислот базируются на их чисто химических свойствах. Так, в классификации Мецлера (14] выделяются алкильные остатки аминокислот (аланин, валин, лейцин, изолейцин), спиртовые (серин, треонин), основные (лизин, аргинин, гистидин), кислые (аспарагиновая и глютаминовая кислоты) и их амиды (аспарагин, глютамин), ароматические (тирозин, фенилаланин, триптофан). Этот же взгляд проявляется при рассмотрении отдельных функциональных групп аминокислот: сульфгидрильных
[21], карбоксильных [18], амидных [13], остатков аргинина [35] и других. Однако этот подход не дает ответа на вопрос, почему в биоструктурах присутствует именно такой, а не иной набор аминокислот. Взгляд на аминокислоты как на функциональные модули ССИВС, являющийся приложением развиваемого нами структурно-функционального подхода [12], в какой-то мере может способствовать уяснению природы канонического набора аминокислот.
Исходя из следствий механизма переноса энергии и условий его реализации, в боковых цепях аминокислот можно выделить два типа групп: активные и пассивные. Неполярные остатки аминокислот (аланина, валина, лейцина, изолейцина и фенилаланина) отнесены нами к пассивным элементам белков. Кроме них среду для ССИВС создают также С—С-группы полярных остатков аминокислот, изолирующие, к тому же, активные группы от основной цепи: серин, треонин и цистеин имеют одну С—С-связь; аспарагиновая кислота, аспарагин, метионин, тирозин, гистидин и триптофан — 2; глютаминовая кислота, глютамин, аргинин — 3; лизин — 4.
В соответствии с нашей концепцией, классификацию аминокислот, позволяющую интерпретировать их как функциональные модули, можно осуществить на основе числа входов и выходов, т. е. количества атомов водорода и неподеленных пар электронов, способных участвовать в образовании «контактов»— водородных связей. Результаты этой работы приведены в табл. 4. Функциональные группы аминокислот подразделены нами на элементы коммутации, задержки, инверсии и терми-нации.. Рассмотрим их более подробно.
1. Элементы коммутации. В состав этой группы вошли элементы, у которых число входов и выходов варьирует от 1 до 4 (серин, треонин, аспарагиновая и глютаминовая кислоты, лизин, аспарагин, глютамин и аргинин). Рассмотрим, для примера, как может функционировать С—N-группа лизина в составе ССИВС.
Эта группа имет два входа, связанных с системами 1 и 2 и один выход в систему 3 (а). Предположим, что в системе 1 появился сигнал. Согласно принятому механизму он может направиться лишь в систему 3, что приведет к перемещению протонов и изменению расположения входов и выходов: системы 2 и 3 работают на входы, а 1—на выход (б). Затем сигнал из системы 2 может направиться в систему 1.Теперь входы будут со стороны систем 1 и 3, а выход — в систему 2 (в). Наконец, сигнал, проходящий из системы 3 в систему 2, будет приводить ее в исходное состояние (а). Данная последовательность изменений расположения входов и выходов носит циклический характер. Однако не исключены и иные варианты. При этом необходимо иметь в виду, что в надмолекулярной дуплицированной структуре имеется двойник этой группы, в котором
Таблица 4
