Биофизическая химия. Том 2 - Кантон Ч.
Скачать (прямая ссылка):
количество (обычно 50%) жидкого растворителя. Известны случаи, когда
кристаллы белков или нуклеиновых кис-
РЕНТГЕНОВСКАЯ КРИСТАЛЛОГРАФИЯ
381
РИС. 13.32. Сечение кристалла инсулина. Каждая клинообразная единица
структуры - один мономер. Такие мономеры объединяются в димеры, которые в
свою очередь агрегируют в гексамеры, а последние уже упаковываются в
кристалл. Отметим наличие широких каналов, заполняемых растворителем, и
относительно малое число непосредственных контактов между гексамерами.
Показаны все атомы, кроме водорода. [Blundell T.L., Hodgkin D.C., Dodson
G.G., Mercola D.A., Adv. Protein Chem., 26, 279 (1972).]
лот более чем на две трети {по массе) состоят из растворителя. В типичном
кристалле растворителя намного меньше, но все равно он (кристалл) обычно
напоминает двухфазную систему. Твердая фаза образована макромолекулами,
которые соприкасаются друг с другом лишь в нескольких участках. Между
ними существует система открытых каналов, заполненных растворителем (рис.
13.32)
Наличие большого количества растворителя в кристаллах обеспечивает
некоторые преимущества. Оно позволяет малым молекулам диффундировать в
кристалл. Как мы увидим дальше, это способствует внедрению тяжелых атомов
и позволяет вводить в уже образовавшийся кристалл субстраты или лиганды
и, таким образом, дает возможность изучать структуру комплексов
макромолекулы с лигандом. В самом деле, некоторые ферменты вполне активны
в кристаллическом состоянии. Наконец, благодаря большому количеству
растворителя, весьма вероятно, что структура, найденная для молекулы в
кристалле, окажется близкой к ее структуре в растворе.
Но с большим количеством растворителя связан и один недостаток. Некоторая
часть растворителя, близко расположенная к макромолекуле, обладает хорошо
упорядоченной структурой. Поэтому ее вклад в наблюдаемое рассеяние
становится ощутимым, что должно учитываться при определении структуры.
Правда, с другой стороны, когда уже известна полная структура, это
позволяет подойти к выяснению вопроса, как макромолекулы взаимодействуют
с растворителем.
ПОЛУЧЕНИЕ ИЗОМОРФНЫХ ТЯЖЕЛОАТОМНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ
Для определения почти всех известных на сегодняшний день структур белков
и нуклеиновых кислот был использован метод множественного изоморфного
замещения. Этот метод требует набора из трех или большего числа
кристаллов: исходного кристалла и по крайней мере двух других кристаллов
с идентичной пространственной группой и одинаковой молекулярной
структурой, но с одним или несколькими тяжелыми атомами. Вообще говоря,
тяжелые атомы могут либо замещать какие-то атомы в исходной структуре,
либо быть добавками к ней. Мы ограничим наше рассмотрение последним
случаем, поскольку он поддается несколько более легкой математической
трактовке, но в конечном счете оба случая совершенно эквивалентны.
Можно было бы получить изоморфное производное, присоединяя ковалентно
тяжелый атом к макромолекуле в растворе и создавая затем для нее условия
кристаллизации. Практически, однако, такой подход не обязательно
оказывается эффективным. Факторы, способствующие формированию хороших
кристаллов, настолько изменчивы, что часто даже небольшое химическое
изменение структуры либо препятствует кристаллизации, либо приводит к
нарушению изоморфности получающихся кристаллов. Поэтому почти всегда
начинают работать с уже сформировавшимся кристаллом немодифицированной
макромолекулы и создают условия, при которых в него могут диффундировать
реагенты, содержащие тяжелые атомы. Такой метод позволяет с большим
основанием надеяться, что кристаллическая упаковка и молекулярная
структура останутся в значительной степени неизменными. В табл. 13.2
перечисляются некоторые типы используемых реагентов, а в табл. 13.3
суммируются результаты.
382
ГЛАВА 13
ТИПИЧНЫЕ ТЯЖЕЛОАТОМНЫЕ РЕАГЕНТЫ1'
Таблица 13.2
Реагент
Места связывания
AgN03
Хе
KI + 12
: с|-н9~^СЗ^со0
ПХМБ Na2PtCI Cl-Hg Hg(Ac)2
1102(И0,)2или UO,(Ac)2 Мерсалил: НО-Hg-СН2СН-СН2-NH-СО
сн,о
SH-группы
Нековалентное связывание Остатки тирозина SH-группы
Остатки метионина, гистидина и др. Остатки серина активного центра
SH-группы, остатки гистидина Карбоксилы
Остатки гистидина, SH-группы
О
Eisenberg D. In: The Enzymes, 3d ed., vol. 1, ed. P.D. Boyer, New York,
Academic Press, 1970.
Таблица 13.3
ТИПИЧНЫЕ БЕЛКОВЫЕ СТРУКТУРЫ,
ОПРЕДЕЛЕННЫЕ С ПОМОЩЬЮ ТЯЖЕЛОАТОМНЫХ ИЗОМОРФНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ1'
Белок Молекулярная масса Число субъеди- ниц Простран- ственная
группа Число молекул на асимметричную единиду Число исполь- зованных
тяжелых атомов Разрешение, А
Метмиоглобин кашало- 17 800 1 />2, 1 8 1,4
та
Оксигемоглобин лоша- 64 500 4 С2 1/2 7 2,8
ди
Феррицитохром с серд- 12 400 1 Р43 1 2 2,8
ца лошади
Карбоксипептидаза А 34 600 1 Р 2, 1 5 2,0
быка
а-Химотрипсин быка 25 000 1 Р 2, 2 6 2,0
Папаин 23 000 1 />2,2,2, 1 7 2,8
Нуклеаза из S. aureus 16 800 1 />4, 1 3 2,8
Лактатдегидрогеназа 135 000 4 /422 1/4 5 2,0
