Биологическая химия. Том 31 - Карасев В.А.
Скачать (прямая ссылка):
(3.2)
В настоящее время отсутствует исчерпывающая классификация водородных связей, которые встречаются в биологических структурах. Трудность ее составления очевидна: возможно очень много вариантов при взаимодействии различных типов биомолекул. Некоторые характерные примеры таких связей приведены в монографии [18], а возможный подход к принципам их классификации — в работе [14].
Значительное количество полярных групп, погруженных в белковую глобулу (около 90%), образуют внутренние водородные связи. Средняя величина энергии водородной связи составляет, примерно, 5 ккал/моль [18] в среде с диэлектрической проницаемостью, равной 4 (гидрофобная среда белка).
Системы водородных связей. Впервые о системах водородных связей как о реальности стало возможным говорить, когда Л. Полинг и сотр. на основе данных рентгеноструктурного анализа, предложили две модели вторичной структуры белков: а-спирали и Р-структуры [104, 103]. В настоящее время системы пептидно-водородных связей, как их иногда называют, представленные в этих и некоторых других типах вторичных структур, считаются обычным элементом белков. Однако в связи с получением структурной информации с высоким разрешением (0,15—0,2 нм), появляется все больше сведений о системах водородных связей (или «солевых мостиков»), состоящих из полярных аминокислот. Такие системы были обнаружены в целом ряде белков: цитохром ах с551, с2, с [84, 116, 128], термолизине [66], каталазе [99] и многих других. Необходимо также отметить, что подобные системы являются важным элементом структуры активных центров ферментов (т. н. «системы передачи заряда» [85]), а также наблюдаются при взаимодействии большого числа субъединиц, например, в вирусе табачной мозаики [33]. Детальный анализ некоторых из изученных систем, являющихся экспериментальным подтверждением формулируемой нами концепции систем сопряженных ионно-водородных связей, будет дан в следующей главе.
3.1.2. Уровни организации биомакромолекул
В настоящей работе мы будем придерживаться классического подразделения уровней организации биоструктур [28]. Первичной структурой является последовательность звеньев (биомолекул), входящих в макромолекулы (аминокислот в белках, нуклеотидов в нуклеиновых кислотах, углеводных остатков в полисахаридах). Вторичная структура — упорядоченное расположение основной цепи макромолекулы (а-спираль или p-структура в белках, характер спаривания азотистых оснований в спиральных участках нуклеиновых кислот).
Третичная структура — способ укладки вторичных структур, трехмерная организация. Как правило, в этом случае
речь будет идти об отдельных субъединицах белков, входящих . в тот или иной надмолекулярный комплекс.
В третичных структурах часто используется представление о доменах — определенным образом организованных фрагментах белков, часто связанных с выполнением каких-либо функ-- ций (например, нуклеотидсвязывающий домен — в дегидрогеназах [117]). Именно в доменах часто можно обнаружить системы водородных связей, состоящие из полярных групп боковых цепей аминокислот [72, 47].
Четвертичная структура — тип ассоциации отдельных субъединиц в надмолекулярное образование. Этот уровень организации имеет свои особенности, из которых наиболее важными . для дальнейшего изложения являются симметрия и область контакта субъединиц.
3.1.3. Симметрия в надмолекулярных структурах
к Элементы симметрии наблюдаются практически на всех ; уровнях надмолекулярной организации, начиная со вторичной структуры. Для большинства белковых надмолекулярных об-разований симметрия выявляется на уровне четвертичных «^структур. При их характеристике используется специальная -'1 терминология, которую мы кратко напомним.
(Терминология. Mono и др. [96] предложили называть субъединицы белков протомерами. Возможны два способа укладки протомеров: идентичными участками друг с другом — изоло-гический тип и различными областями — гетерологический способ укладки. Наиболее распространен изологический тип укладки, который приводит к формированию замкнутых структур, т. н. «замкнутых кристаллов».
К белковым структурам может быть применена симметрия ^точечных групп [63]. Существует два типа обозначений этих Шгрупп— терминология Шёнфлиса, наиболее часто применяе-||мая химиками, и кристаллографические обозначения. В клас--5сификации Шёнфлиса выделяют 5 типов точечных групп (в .^скобках приведено кристаллографическое их обозначение), жкоторые применяют к расположению белковых протомеров §[68]:
Щ 1. Циклические точечные группы С„, где п — 2, 3, 4 и т.д.
одной осью симметрии n-порядка (кристаллографические Фобозначения 2, 3, 4 и т. д.).
2. Диэдральные, Dn/2, т. е. D2, D3, D4, где n —4, 6, 8 с | одной осью п/2 и второй п/2 двойной осью симметрии (точеч-г ные группы 22, 32, 42).
3. Тетраэдрические, Т, (23) включают 12 протомеров, 4 тройных и 3 двойных оси.
4. Октаэдрические, О, (432) содержат 24 протомера, 3 четверных, 4 тройных и 6 двойных осей.
