Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
27,0 А).
При обсуждении а-спирали Полинг и Кори сравнивали радиальные распределения интенсивности рассеяния рентгеновских лучей, рассчитанные для спирали (включая атомы С в), с экспериментальной функцией распределения, полученной для гемоглобина. Хорошее совпадение теоретических и опытных данных указывало на преобладание а-спи-ралей в гемоглобине. Подобное доказательство вскоре было приведено Д. Райли и Ю. Арндтом при изучении функции распределения интенсивности рассеяния рентгеновских лучей сывороточным альбумином [78]. Здесь совпадение оказалось еще более бесспорным, что позволило сделать вывод о значительном содержании и в этом глобулярном белке а-спиралей.
Результаты, полученные при использовании других методов исследования пространственного строения, также неизменно подтверждали правильность а-спирали. Новые данные по инфракрасному дихроизму полипептидов А. Эллиотта, У. Прайса и Р. Фразера полностью согласовывались с моделью пептидной цепи, в которой водородные связи N—Н...О=С ориентированы приблизительно параллельно оси [79—81]. Способность фибриллярных белков группы k.m.e.f. вдвое увеличивать свою длину хорошо отвечала 122%-й растяжимости а-спирали при ее переходе к (3-структуре складчатого листа [82].
Очень скоро большинство исследователей пришли к выводу, что а-спираль является основой структуры a-форм фибриллярных белков и синтетических полипептидов. При интерпретации рентгеновских данных, касающихся а-кератина, возникли, однако, некоторые трудности,
25
преодоление которых привело к уточнению структуры этого белка. Одна из главных особенностей рентгенограммы а-кератина заключается в наличии интенсивного меридионального рефлекса 5,2 А. Нормальная а-спираль, например, ноли-у-бензил-^-глутамата дает рефлекс
5,4 А с небольшим смещением максимума от меридиана. Различие в двух случаях в расстоянии между соответствующими слоевыми плоскостями и в положении максимумов интенсивности рассеяния были почти одновременно и независимо объяснены Криком [83] и Полингом и Кори [84] систематической деформацией единичных а-спиралей в а-кератине. Она вызвана свертыванием а-спиралей в жгут, т.е. образованием суперспирали. Ф. Крик показал, что свертывание единичных спиралей возникает за счет эффективной упаковки белковых цепей. Он обсудил геометрические аспекты взаимодействия белковых цепей и описал две структуры а-кератина с двумя и тремя нитями в жгуте. JI. Полинг и Р. Кори предложили для а-кератина скрученную структуру из семи свернутых в а-спираль цепей.
Первое систематическое изучение стабильности спиральных структур было предпринято в 1953 г. Донахью, который использовал несколько измененные стереохимические критерии Полинга и Кори и учел при построении спиралей энергию дестабилизации, вызванную отклонением длин связей и валентных углов от стандартных значений [85]. Помимо а- и у-спиралей Донахью проанализировал четыре других спирали с энергией деформации меньше 3,0 ккал на аминокислотный остаток, а именно 2,27, 3,010 и 4,416 (тт-спираль, предложенная Б. Jloy [86]). Среди них самой предпочтительной, по Донахью, оказалась а-спираль.
С увеличением размера боковых цепей аминокислотных остатков расстояние между осями спиралей увеличивается, структура лолипеп-тида становится менее упорядоченной и качество рентгенограмм падает. Особое значение для определения ориентации боковых цепей и решения вопроса о стабильности правой и левой а-спирали имело изучение рентгеновского рассеяния поли-А-аланином, где можно было надеяться получить полное соответствие между структурой и рентгенограммой. Ориентировочный образец поли-А-аланина в свободном и растянутом состояниях, а также при повышенной влажности был изучен Бэмфордом и соавт. [87J.,Полученные четкие рентгенограммы точно соответствовали картине рентгеновской дифракции или а-спирали (для свободного полимера) или (3-структуры (для растянутого полимера или при повышенной влажности). Поли- L-аланин оказался первым синтетическим полипептидом, для которого удалось наблюдать две конформации основной цепи. Свободный образец дает интенсивные меридиональные рефлексы 5,4 и 1,5 А, отвечающие а-спирали, атомы (У которой располагаются на окружности с радиусом 2,3 А.
Если ограничиться L-полипептидами, то можно построить две спиральные структуры с противоположным направлением винтовой оси: правую и левую. Для полиглицина обе спирали зеркально-симметричны и, следовательно, изоэнергетичны. При наличии атомов С13 зеркальная
26
симметрия нарушается и спирали становятся энергетически неэквивалентными из-за различной упаковки боковых цепей и их ориентации относительно пептидного остова. Первую попытку решить вопрос о предпочтительности правой или левой закрутки спирали предприняли в 1956 г. JI. Браун и И. Троттер [88]. Располагая оси спиралей в одном направлении, они получили лучшее соответствие рассчитанных и наблюдаемых интенсивностей рефлексов в рентгенограмме иоли-А-аланина для левой а-спирали. Правильный ответ был получен через три года
А. Эллиоттом и Б. Мэлколмом, которые повторили аналогичный расчет, предложив, однако, статистическое распределение направлений спиральных осей вверх и вниз в ориентированном образце поли-L-аланина [89]. В результате оказалось, что структура полимера представляет собой правую а-спираль. Вскоре она была обнаружена у многих синтетических полипептидов.
