Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
Астбери был пионером в изучении структуры синтетических полипептидов, использовав для этого рентгеноструктурный анализ и инфракрасные спектры поглощения. Как только Р. Вудвордом и К. Шраммом [28] был разработан доступный метод синтеза полипептидов, Астбери взялся за изучение их структуры и уже в 1948 г. опубликовал работу по анализу рентгенограмм и колебательных спектров полиглицина, полиизолейцина и полипептидов с чередующимися остатками Gly-Ala, Gly-Phe и Ile-Phe [29]. Он отметил сходство рентгенограмм и, следовательно, строения полипептидов и фибриллярных белков.
Подводя итог фундаментальным исследованиям Астбери, следует прежде всего отметить, что в них впервые на большом числе объектов показано, что полипептидные цепи белковых молекул скручены или уложены строго определенным образом. Результаты его исследований и развитые им представления послужили основой последующей расшифровки структур биополимеров. Он первым осознал, что молекулярная биология имеет дело прежде всего со структурами биологических макромолекул, изучение которых необходимо для понимания принципов функционирования клеток и организмов. В 1951 г. Астбери писал:
14
"Название "молекулярная биология" ныне, видимо, входит в довольно широкое употребление. Я радуюсь этому, поскольку, хотя едва ли впервые изобрел его, горжусь им и давно уже пытаюсь его популяризировать. Оно имеет в виду не столько методику, сколько подход -подход с точки зрения так называемых фундаментальных наук с ведущей идеей поиска на уровне ниже крупномасштабных явлений классической биологии для выявления соответствующего им молекулярного плана. Молекулярная биология занята прежде всего изучением форм биологических молекул и эволюций, функциями и совершенствованием этих форм по мере движения ко все более высоким и сложным уровням организации. Молекулярная биология в своем существе трехмерна и структурна, что не означает, будто бы она простое уточнение морфологии. Она должна исследовать генезис и функцию." [30. С. 3—4].
Как уже отмечалось, Астбери предложил большое число молекулярных моделей белков. Хотя ни одна из них не была подтверждена последующими экспериментами, тем не менее его работы оказали огромное стимулирующее влияние на развитие этой области. Условия, которым должны были удовлетворять предложенные им структуры, еще не носили строго количественного характера. Это касается длин связей, валентных углов и конфигурации пептидной группы (во многих моделях Астбери она не была плоской). Ученый хотя и предполагал наличие водородных связей между пептидными единицами, например в (J-форме, однако он не сформулировал тезис об образовании связи N-H...O=C как общий принцип формирования структуры полипептид-ной цепи и не ставил условие полной насыщенности структуры водородными связями. У. Астбери говорил о необходимости плотной упаковки полипептидных цепей, но и это требование носило скорее декларативный характер, поскольку никаких количественных критериев им введено не было. Это и не могло быть сделано, так как в то время не только отсутствовали данные о геометрических параметрах пептидов и белков, но еще не было известно химическое строение ни одного белка.
Следующий крупный шаг в развитии представлений о пространственном строении пептидных биополимеров был сделан М. Хаггинсом [31, 32]. Прежде всего Хаггинс сформулировал количественные геометрические критерии, которым должны удовлетворять модели пептидных цепей белков. На основе результатов рентгеноструктурных исследований Р. Кори [33-38] простейших соединений М. Хаггинсом были приняты для пептидных групп всех моделей единые значения длин связей и валентных углов. Наиболее предпочтительным для пептидной группы Хаггинс считал плоское состояние, причем транс- и цис-конфигурации предполагал эквивалентными. Однако в некоторых своих моделях он отступал от этого критерия, допуская нарушение плоского строения группы до 30°. Хаггинс предполагал эквивалентность конформационных состояний всех пептидных единиц в белковой цепи, за исключением различий, связанных с боковыми цепями аминокислотных остатков, которые он считал несущественными. Он был первым, кто придал решающее значение водородной связи в формировании структуры полипептидов. Он прямо указывал на то, что водородная
15
связь является главной "упаковочной силой". Поэтому все предложенные им структуры были полностью насыщены водородными связями между группами N-H и С=0 пептидного остова в предположении длины N...O, равной 2,85 ± 0,05 А. Следует отметить, что к началу 1940-х годов концепция водородной связи стала необычайно популярной. Это объясняется тем, что к этому времени благодаря широкому распространению в химии спектральных методов исследования, особенно инфракрасных спектров поглощения, водородные связи были обнаружены в огромном числе органических соединений, содержащих группы СО, OR, ОН, NH и др. Присутствие водородных связей N-H...O = C в белках впервые нашло спектральное подтверждение в работах [39, 40].
