Физические методы исследования белков и нуклеиновых кислот - Лазуркина Ю.С.
Скачать (прямая ссылка):
Существует 230 комбинаций 'всех элементов симметрии и различных трансляций, допустимых законами кристаллографии. Каждая такая комбинация называется пространственной группой, для каждой сингонии и класса симметрии характерен свой набор пространственных групп. Пространственные груп;пы кристаллов впервые были охарактеризованы нашим соотечественником Е. С. Федоровым [30]. Обозначаются они специальными символами, отражающими набор элементов симметрии соответствующей группы (31].
Рентгеноструктурные исследования кристалла начинаются с определения размеров и формы элементарной ячейки и установления его пространственной группы симметрии. Эти сведения необходимы для дальнейших исследований, так как они в явном или неявном виде входят во все последующие расчеты.
в. Кристаллы белков и вирусов
Очень многие белки могут кристаллизоваться. Кристаллизуются также и более сложные соединения, например вирусы, которые представляют собой комплексы белков с нуклеиновыми кислотами. Образующиеся при этом кристаллы по многим своим свойствам соответствуют тому, что принято называть кристаллом в классическом смысле этого понятия. Они имеют характерную внешнюю огранку (рис. 3). Рентгенограммы свидетельствуют о достаточной правильности их трехмерной кристаллической решетки (рис. 4).
Кристаллизуются белки и вирусы во всех известных сингони-ях. Параметры их элементарных ячеек заключены в пределах от нескольких десятков до нескольких сотен ангстрем (см. таблицу).
Однако для кристаллов оптически активных веществ, к которым относится большинство соединений биологической природы, 'возможными оказываются не любые пространственные группы симметрии. Молекулы с определенной оптической конфигурацией, например /-аминокислоты, нельзя расположить в пространстве так, чтобы какая-либо одна молекула стала зеркальным отображением другой (см. рис. 2). Поэтому белки и вирусы
___________________Примеры_______
Вирус некроза табака, мол. вес 1 600 ООО; а=157 А; 6=154 А; с=147 A; ct=100°; р= =110°; 7=120°.
Пространственная группа Р1й [13]
Карбоксипептидаза А, мол. вес 34 300; а—51,5 А; 6=59,9 А, с=47,2 A; j3=97°30'. Пространственная группа Р2Х [25]
Вирус полиомиэлита, мол. вес б 000 000; а= =353 А; 6=378 А; с=320 А. Пространственная группа Р2Х2Х2 [26]
Цинкинсулин, мол. вес 12 500; а=49,0 А; 01=114,8°.
Пространственная группа R3[13, 27]
Пепсин, мол, вес 35 000; а=68 А; с=292 А.
Пространственная группа Рб^ [13]
Лизоцим, мол. вес 14 600; о=79,1 А; с=37,9 А. Пространственная группа Р432х2 [28]
Вирус желтой мозаики репы, мол. вес 5 000 000; а=720 А. Пространственная группа Е4х32 [29]
не могут кристаллизоваться в тех пространственных группах, где есть зеркальные элементы симметрии, т. е. центр и плоскости симметрии.
Важная отличительная особенность кристаллов белков и вирусов состоит в том, что их элементарная ячейка 'всегда в виде необходимого компонента содержит воду, которая может состав-
Сшгоиш
b с/ в,
??___________а.
Ромбическая
а^Ь^с
cc=*j}=y=9D'
Ромбоэдрическая
а=Ь=с а ct^JS =у#901
Гшагональная
а = Ь*с
сс=р=90°
у=Ш°
Тетрагональная
а/
/
Q = b^C а =/3
Нубичееяая i7 = ti^C
Рнс. 4. Рентгенограмма моноклинного кристалла пепсина (плоскость обратной решетки, содержащая узлы okl)
лять от 30 до 60% веса содержимого ячейки. Помимо воды, в элементарной ячейке белковых кристаллов могут находиться также ионы солей, молекулы органических растворителей, содержащиеся в маточном растворе, из которого происходила кристаллизация. Все эти дополнительные ингредиенты могут образовывать целые слои между молекулами белка и располагаться в многочисленных пустотах элементарных ячеек, возникающих за счет того, что поверхность больших макромолекул чрезвычайно нерегулярна — она имеет много выступов и впадин. Эффективное заполнение пространства фигурами такой сложной формы невозможно, поэтому в сухом состоянии белковый кристалл энергетически не стабилен и по мере высыхания становится все более и более дефектным.
Как правило, кристаллизация белков и вирусов происходит при добавлении к их растворам ионов различных солей. Высаливание— один из распространенных методов кристаллизации и одновременно очистки препаратов. Уменьшение растворимости белков при добавлении к их растворам таких солей, как (NH4)2S04, MgS04, NaCl и т. д., обусловлено нарушением гид-ратной оболочки белковых молекул и соответственно увеличением их взаимодействия. Понизить растворимость белков можно также при помощи таких органических растворителей, как спирты, ацетои и др. Эти реагенты также используются для кристаллизации.
