Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
В какой же степени новый экспериментальный материал о молекулярном строении десятка белков отвечал сложившемуся к тому времени представлению, которое так замечательно согласовалось с данными по миоглобину и гемоглобину? Детально этот вопрос рассматривается в третьей книге, специально посвященной структурной организации белков. Сейчас лишь отметим, что все последующие результаты рентгеноструктурного анализа далеко не в полной мере отвечали взглядам на пространственную структуру белковой молекулы как на ансамбль канонических регулярных форм пептидной цепи, главным образом а-спиралей и |3-структур.
53
Глава 3
СОВРЕМЕННЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ РЕНТГЕНОСТРУКТУРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ БЕЛКОВ2
Предыдущая глава была посвящена одному из самых выдающихся не только в биологии, но и во всем естествознании научных достижений уходящего столетия. На рубеже 1950-1960-х годов, как отмечалось, Перутц и Кендрью завершили расшифровку трехмерных структур гемоглобина и миоглобина. Тем самым они впервые решили поставленную еще четверть века до этого Берналом задачу определения с помощью рентгеновской дифракции пространственного строения белковых молекул. Труд Перутца и Кендрью означал становление нового магистрального направления в развитии биологии - морфологии элементарных биосистем, открывающей невиданные доселе возможности в познании строения живой материи. Рентгеноструктурный анализ белков после классических работ Перутца и Кендрью, а также Филлипса, установившего в 1965 г. трехмерную структуру лизоцима, стал развиваться быстрыми темпами во многих научных центрах. Спустя лишь два года после определения строения первого фермента были расшифрованы структуры рибонуклеазы А [228-230], а-химотрипсина [231] и карбо-ксипептидазы А [232]. К 1975 г. число белков, кристаллографические молекулярные структуры которых стали известны с разрешением <3,5 А, достигло 79 [196]. В настоящее время оно превышает 2500 [233].
Среди многочисленных компонентов биосистемы молекулярного уровня белкам принадлежит исключительная роль в процессах, протекающих в клетках и организме. Поэтому получаемая с помощью рентгеноструктурного анализа информация о строении белков оказывает огромное влияние на развитие подавляющего большинства направлен-ний молекулярной биологии. Давно стало очевидно, что без знания пространственной структуры белков нельзя понять природу и специфичность их взаимодействий, представить и количественно описать механизмы процессов жизнедеятельности. Рентгеноструктурное изучение белков превратилось в неотъемлемую составную часть биологических исследований; оно определяет их научный уровень и значимость получаемых результатов. Данные о расположении атомов в нативных конформациях белков служат незаменимой экспериментальной основой всех поисков решений таких фундаментальных проблем молекулярной биологии, какими являются проблемы структурной и структурно-функ-циональной организации белковых молекул. Первая из них заключается в установлении связи между аминокислотной последовательностью и ее пространственной физиологически активной формой и динамическими конформационными свойствами. Следовательно, она включает в себя
' Автор глубоко признателен В.З. Плетневу за помощь в подборе библиографических материалов, использованных при подготовке этой главы.
54
также все вопросы, касающиеся структурной ренатурации в условиях in vitro и свертывания синтезируемых на рибосомах полипептидных цепей в условиях in vivo. Вторая фундаментальная проблема, решение которой, как и первой, немыслимо без использования рентгеноструктурного анализа, направлена на выяснение зависимости между биологическими свойствами белковых молекул и их строением. Учитывая активнейшую роль белков во всех процессах жизнедеятельности, их поисти-не универсальные биохимические и биофизические свойства, можно утверждать, что решение отмеченных проблем в общем виде, т.е, создание теорий структурной и структурно-функциональной организации белковых молекул и соответствующих расчетных методов, будет означать становление строго количественной теоретической биологии, не уступающей в этом отношении теоретической физике. В настоящее время кристаллография белка является экспериментальной основой теоретических и эмпирических подходов к изучению структуры и функций не только отдельных молекул, но и значительно более сложных биологических систем. По прошествии более трех десятилетий со времени публикаций Перутца и Кендрью по гемоглобину и миоглобину рентгеноструктурный анализ все еще остается единственным прямым методом определения на атомном уровне пространственного строения белковых молекул и их комплексов. Многие вопросы, касающиеся достоинств и ограничений метода, его роли в развитии молекулярной биологии и применения в исследовании целого ряда конкретных направлений, обсуждаются во второй и третьей частях книги, а также в последующих томах серии.
В этой и следующей главах в краткой форме рассматриваются результаты рентгеноструктурных исследований белков, которые в чем-то, например, сложности объектов анализа, их особой познавательной ценности или прикладной актуальности, точности определения координат атомов или каких-то методологических и препаративных новшеств, являются на сегодняшний день наивысшими достижениями. Рассмотрение, вероятно, поможет составить представление о состоянии и возможностях рентгеновской кристаллографии белков первой половины 1990-х годов.
