Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
Хотя в 1950-е годы еще не было известно пространственное строение на атомном уровне ни у одного белка, тем не менее в то время почти отсутствовало сомнение в том, что белковые молекулы построены из регулярных форм и главным образом из а-спиралей Полинга и Кори, обнаруженных в чистом виде у гомополипептидов. Именно на таком представлении о строении белков основана классификация белковых структур на первичную, вторичную и третичную, предложенная в 1952 г. К. Линдерстрем-Лангом [90]. Под первичной структурой понималась аминокислотная последовательность белка, т.е. его химическое строение, включая дисульфидные связи; под вторичной структурой — полностью насыщенные пептидными водородными связями регулярные конформации белковой цепи как целого или ее отдельных участков. Набор взаимодействующих между собой регулярных конформаций а-спиралей, (3-структур и т.д. образует нативное пространственное строение белковой молекулы, названное Линдерстрем-Лангом третичной структурой. Таким образом, классификация Линдерстрем-Ланга, по существу, представляет собой формулировку принципа пространственной организации белков. Очевидно, разделение пространственной структуры белка на вторичную и третичную является условным и может иметь смысл только в том случае, если пространственное строение макромолекулы действительно представляет собой ансамбль сравнительно немногочисленных канонических форм полипептидов. В то время этот вопрос был далек от своего решения. Позднее иерархия структур Лин-дерстрем-Ланга пополнилась еще одной, четвертичной, структурой, характеризующей агрегацию белковых молекул или достаточно обособленных субъединиц. Примерами белков с четвертичной структурой могут служить гемоглобин, молекула которого состоит из четырех субъединиц, белок вируса табачной мозаики, представляющий собой систему из 200 одинаковых глобулярных молекул.
Под сильным влиянием а-спиральной концепции К. Линдерстрем-Ланг и Дж. Шеллман предложили в 1954 г. третичную структуру инсулина, состоящую из левой а-спирали цепи А и правой — цепи В [91]. Б. Лоу в 1955 г. построила структурную модель этого белка из
27
двух левых а-спиралей [92], а Г. Линдли и Дж. Коллетт (1955 г.) — из двух правых а-спиралей [93]. Нарушение спиральной структуры допускалось только в местах образования дисульфидных связей. Три совершенно различные модели, но в равной мере основанные на предположении о максимальном содержании а-спиралей, были предложены для рибонуклеазы — второго белка после инсулина, для которого стала известной аминокислотная последовательность. Гипотетические третичные структуры рибонуклеазы, построенные М. Сета и С. Лифсоном в 1959 г., Г. Шерагой в 1960 г. и Дж. Парксом в 1961 г. [94—96], более чем на 90% состояли из а-спиралей (нарушение спирали допускалось только в случае пролина и дисульфидной связи). Все структуры, предложенные для инсулина и рибонуклеазы в отсутствие кристаллографических данных и информации о действительном а-спиральном содержании, как известно, оказались несостоятельными.
1.3. ПРОСТРАНСТВЕННОЕ СТРОЕНИЕ СИНТЕТИЧЕСКИХ ПОЛИПЕПТИДОВ
Начатое незадолго до 1951 г. Астбери, Амброзе, Бэмфордом, Эллиоттом и другими изучение пространственного строения синтетических полипептидов получило после опубликования работ Полинга и Кори стремительное развитие. Повышенный интерес к таким соединениям был стимулирован результатами уже первых работ в этой области, которые вселили надежду, что исследование гомополипептидов может существенно помочь в решении одной из основных задач проблемы белка — установлении принципов пространственной организации белковых молекул. Такой оптимизм в то время казался вполне оправданным. Синтетические полипептиды состоят из тех же структурных элементов, что и белки, и, следовательно, конформации тех и других определяются одними и теми же видами взаимодействий. Учитывая одинаковую природу в обоих случаях взаимодействий между валентно несвязанными атомами, можно было полагать, что изучение структуры более простых по химическому строению синтетических полипептидов при относительной легкости целенаправленного моделирования аминокислотного состава, последовательности и длины пептидной цепи поможет выяснить основные факторы, ответственные за формирование пространственного строения белков. Особое значение эти соединения приобрели в связи с обнаруженной общностью между их структурами и структурами природных полипептидов — фибриллярных и глобулярных белков. Первые же исследования показали, что синтетические полипептиды образуют два главных типа структур, аналогичных а- и (3-формам кератина, миозина, фиброина шелка и др., которые, как и в случае белков, могут обратимо переходить друг в друга. После работ Полинга и Кори эти формы были интерпретированы как а-спираль и (3-структура складчатого листа. Еще более обоснованной стала выглядеть основная, а по существу единственная в то время структурная гипотеза белков, согласно которой их пространственное строение представлялось в виде
28
различных комбинаций ограниченного числа одних и тех же регулярных форм. Наличие этих форм не только в фибриллярных и глобулярных белках, но и в синтетических полипептидах указывало на большую перспективность конформационных исследований последних. Таким образом, появилось основание считать синтетические полипептиды простейшими структурными аналогами белков. Помимо отмеченного выше, интерес к синтетическим полипептидам вызван и тем, что они, как полагали, являются удобными модельными соединениями в экспериментальном и теоретическом изучении переходов от высокоорганизованной спиральной структуры в беспорядочную клубковую форму. Переход гомополипептидов "одиночная спираль—клубок" представлялся простейшим процессом деструкции полипептидной цепи, имитирующим процесс денатурации макромолекулы белка.
