Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
Рассмотрев предложенные ранее структуры полипептидов, Полинг и
21
Кори нашли, что все они не удовлетворяют приведенным требованиям и должны быть отвергнуты. Авторы предложили две новые структуры (а и у) и структуру складчатого листа ((3). Как известно, до работ Полинга и Кори было разработано большое число молекулярных моделей полипептидов, а Брэгг, Кендрью и Перутц проанализировали этот вопрос в общем виде и как будто предусмотрели все возможные варианты. Как же в таких случаях удалось предложить совершенно новые структуры? Это объясняется двумя обстоятельствами. Одно из них связано с более жесткими требованиями, предъявленными Полингом и Кори к геометрии полипептидов; другое, сыгравшее решающую роль, — с предположением о реализации спиралей с нецелочисленными винтовыми осями симметрии. Во всех предпринимавшихся ранее поисках структур полипептидов использовались элементы симметрии атомных и низкомолекулярных кристаллов. В этом случае винтовые оси, действительно, могут быть только целочисленными. По отношению к отдельной макромолекуле требование, чтобы спираль содержала только целое число аминокислотных остатков на виток, не может быть оправдано соображениями физического порядка. Использование до Полинга и Кори целочисленных винтовых осей - результат автоматического перенесения кристаллографического принципа симметрии на спиральные полимерные объекты, т.е. в область, где он не работает.
Рассмотрим структуры, предложенные Полингом и Кори.
а-Спираль. Структура характеризуется следующими параметрами: высота витка 5,4 А, проекция остатка на ось 1,5 А, период идентичности 27,0 А, в который входят 18 аминокислотных остатков. Таким образом, в одном витке а-спирали находится 3,6 остатка; совмещение остатков происходит при повороте на 100° и перемещении вдоль оси на 1,5 А. Все пептидные группы соединены между собой водородными связями типа 5 —» 1, при котором группа С=0 /-го остатка связана с N—Н-группой (й-4)-го остатка. В замыкаемый водородной связью цикл входят 13 атомов. В номенклатуре Брэгга, Кендрью и Перутца а-спираль имеет обозначение З,613. Таких спиралей может быть две: с правым и левым направлениями закрутки. У полиглицина правая и левая а-спирали эквивалентны. Во всех остальных случаях разное направление закрутки приводит к различной ориентации боковых цепей относительно пептидного остова. Вопрос о том, какая из а-спиралей более стабильна, Полингом и Кори решен не был.
у-Спираль. Этот вид спирали содержит 5,1 аминокислотного остатка на виток с высотой витка 5,0 А и проекцией остатка на ось 0,9 А, имеет водородную связь типа 7 —> 1, которая замыкает кольцо из 19 атомов (5,119).
(3-Структура складчатого листа. В течение многих лет предполагалось, что фиброин шелка, фибриллярные белки (3-формы и белки группы k.m.e.f. в растянутом состоянии представляют собой вытянутые плоские полипептидные цепи, взаимодействующие посредством водородных связей с соседними цепями, которые находятся в одной плоскости и имеют противоположное направление. JI. Полинг и Р. Кори
22
показали, что такая плоская антипараллельная (3-структура исключается для всех полипептидов, кроме полиглицина, из-за напряжений, возникающих по стерическим причинам между боковыми радикалами соседних цепей. Они предложили структуру складчатого листа, в которой отсутствует перекрывание ван-дер-ваальсовых радиусов атомов и в то же время не нарушается сетка водородных связей. Складчатые листы отдельных пептидных цепей могут образовывать параллельные и антипараллельные (3-структуры. Кроме того, одна полипептидная цепь в результате ее систематических изгибов может складываться в так называемую кросс-(3-структуру.
Л. Полинг и Р. Кори рассмотрели все возможные конформации в минимумах торсионных потенциалов вращения вокруг связей С1—N и С“—С' и пришли к выводу, что а-спираль и складчатый лист отвечают наиболее предпочтительным ориентациям смежных пептидных групп. Что же касается у-спирали, то она не оказалась в числе низкоэнергетических структур. При учете только торсионного потенциала эта спираль, по оценке Полинга и Кори, менее стабильна, чем а-спираль, на 2,3 ккал/моль. В отличие от компактной а-спирали, имеющей хорошие ван-дер-ваальсовы контакты, у-спираль представляет собой более рыхлую цилиндрическую структуру с отверстием около 2,5 А. Л. Полинг и Р. Кори не только сформулировали требования к геометрии полипептидной цепи и предложили удовлетворяющие им структуры, но и проанализировали имеющийся для белков и синтетических пептидов экспериментальный материал [67—71]. Они пришли к заключению, что а-спираль и (3-структура весьма распространены среди фибриллярных и глобулярных белков, а также гомополипептидов. В частности, было предложено, что а-кератин и другие белки этой группы имеют структуры, близкие а-спирали, а (3-кератин состоит из слоев складчатого листа, между которыми находятся двойные слои а-спиралей. К суперконтрак-ционной форме кератина и миозина была отнесена у-спираль. Для коллагена Полинг и Кори предложили трехцепочечную, скрученную в жгут конформацию. В тройной спирали коллагена полипептидные цепи также имеют спиральную форму с меньшим шагом. Из-за большого содержания в коллагене пролина и оксипролина (30%) а- и у-спирали не могут реализоваться по стерическим причинам и из-за отсутствия многих водородных связей. Поэтому для единичных цепей коллагена предложена спираль с винтовой осью 9-го порядка.
