Возникновение биологической организации - Кастлер Г.
Скачать (прямая ссылка):
Был испробован и испытан в биологических тестах ряд веществ с измененным (по сравнению с приведенным на фиг. 6) химическим составом. Применение различных тестов позволило показать, что, вообще говоря, активность изменяется в одном и том же направлении,
но не в одинаковой степени: данное изменение химического состава не влияет на все функции измененной молекулы совершенно одинаковым образом. Были получены следующие данные.
1. Удаление аргинина в положении 1 или 9 приводит к утрате активности. Катионный характер двух концевых аминокислот не играет решающей роли: замещение обоих аргининов Ы02-аргининами или одного из них цит-руллином, лизином или орнитином приводит к уменьшению активности; при замещении обоих аргининов цит-руллинами активность становится ничтожно малой.
2. Удаление пролина в положении 2 или в положении 3 приводит к значительному уменьшению активности; при удалении обоих этих пролинов или при удалении пролина в положении 7 активность полностью утрачивается; при замещении пролина в положении 7 глицином активность частично сохраняется.
3. Замещение серина в положении 6 глицином не вызывает никаких изменений; его замена D-серином приводит к умеренному уменьшению активности.
4. Если серин в положении 6 заменяется глицином, то образующееся активное соединение совпадает по структуре с ретросоединением, если не считать того, что против 2-пролина стоит 8-фенилаланин. Это различие имеет решающее значение, так как ретробрадикинин неактивен. Однако фенилаланин можно несколько изменить без каких-либо последствий: n-фторирование фе-нильных групп не вызывает утраты активности, а замещение D-фенилаланином вызывает лишь незначительное ее уменьшение.
5. При замещении всех аминокислот в положениях 2—8 глицином образуется неактивное соединение.
Итак, брадикининная активность наблюдается у некоторых родственных брадикинину веществ, но не только у них: эледоизин — пептид, содержащийся в слюнной железе одного моллюска и имеющий состав
Н-Пироглутамат-Про-Сер-Лиз-Асп-Ала-Фен-Илей-Гли-Лей-Мет-МН2,
в высокой степени обладает всеми типами брадикинин-ной активности. Однако эледоизин и брадикинин не имеют ни одной одинаковой пары аминокислот, у них
различная общая длина, разные изоэлектрические точки и разная растворимость в воде [6]. Два других, не род^ ственных брадикинину пептида
(Лей-Вал-Цис-Гли-Глун-Арг-МН2)2 и (Лей-Вал-Цис-Изоглу-Арг)2,
обладают слабыми, но характерными для брадикинина типами активности.
Исследования брадикинина, основанные на его ферментативной деградации, ингибировании и химическом видоизменении, а также исследования с меньшими пептидами, основанные на альтернативном синтезе, показывают, что какая-то определенная функция не обязательно отвечает одной определенной молекулярной конфигурации. Скорее существует некая совокупность структурно родственных аминокислотных полимеров, способных осуществлять одну и ту же функцию, но не обязательно одинаково эффективно. Исследования брадикинина и аналогичные исследования факторов роста бактерий [32] доказали, что идентичные функции могут выполняться целым рядом близких, но структурно не родственных соединений, или, точнее, соединений, у которых не согласованы ни последовательности аминокислот, ни какие-либо другие, известные нам особенности. Это может только означать, что мы еще до сих пор не знаем «языка», правильно описывающего соотношение структура — функция в белках. Отсюда можно также заключить, что интересующие нас функции могут обеспечиваться не одной, а несколькими структурами.
ПРИНЦИП СИГНАТУРЫ
Определение. В каждом процессе происходит взаимодействие объектов, иными словами — передача информации. В большинстве реальных случаев передается не все количество информации, содержащейся в каком-либо объекте, а лишь некоторая ее часть, т. е. в данном взаимодействии участвует лишь какая-то часть признаков. Назовем эту часть сигнатурой.
Рассмотрим, например, два процесса на очень удаленных друг от друга уровнях иерархии биологической
организации — сознательное узнавание и макромолеку-лярную функцию. Человек может узнать знакомого по немногим характерным признакам. Какие именно признаки задаются — это определяется ситуацией (например, знакомый виден с большого расстояния или наблюдатель слышит его голос по телефону); кроме того, это зависит также и от привычного для наблюдателя порядка узнавания. Если только наблюдатель не прилагает специальных усилий, то обычно он вообще не замечает различия между объектом и его сигнатурой. В самом деле, люди по большей части сильно преувеличивают количество информации, которое они используют в процессе узнавания. Вспомним, например, каким малым числом штрихов искусному карикатуристу удается изобразить свою «жертву».
Обратимся теперь к макромолекулярному уровню. Из приведенного выше рассмотрения примеров с химо-трипсином и брадикинином ясно, что в осуществлении функции решающую роль играет лишь какая-то малая доля общего «комплекта» аминокислот, входящих в состав данного полипептида; именно ее мы и называем сигнатурой. Вообще говоря, сигнатурой молекулы служат все те ее особенности, благодаря которым она становится участником данной реакции; аналогичным образом сигнатурой макромолекулы служат все те особенности расположения мономеров, которые определяют участие этой макромолекулы в данной реакции. В мире нуклеиновых кислот принцип сигнатуры справедлив на молекулярном уровне; об этом свидетельствуют опыты с использованием аналогов оснований. Весьма сомнительно, чтобы этот принцип оставался справедливым на макромолекулярном уровне, так как каждый мономер участвует примерно в одинаковой степени во всех функциональных взаимодействиях. В мире белков принцип сигнатуры выполняется чрезвычайно строго как на молекулярном, так и на макромолекулярном уровне; о первом свидетельствуют опыты с аналогами аминокислот, о втором — данные того же типа, что и результаты, полученные для двух частных случаев — химотрипсина и брадикинина. Легко показать, что принцип узнавания по сигнатурам справедлив также на уровне клетки, кле-
