Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
30
оказавшийся водорастворимым, который включал центральный участок из 175 остатков аланина, окаймленный с обоих концов более чем 300 остатками глутаминовой кислоты. При нейтральном значении pH некоторая часть полимера имела а-спиральную структуру. В связи с тем, что поли-?-глутаминовая кислота в этих условиях спирали не образует, обнаруженная спиральная структура была отнесена исключительно к поли-?-аланину. Такой результат явился до некоторой степени неожиданным.
Первоначально концепция стабильности а-спирали Полинга и Кори основывалась на предположении о том, что водородная связь является главным, если не единственным, стабилизирующим фактором этой структуры. Как известно, взаимодействия между боковыми цепями, между элементами основной цепи и между боковыми цепями и основной цепью Полингом и Кори не учитывались. Энергия пептидной водородной связи N—Н...О=С а-спирали была принята равной -8,0 ккал/моль. Определение энергии водородной связи в водной среде привело к существенно меньшему значению. Так, из исследования термодинамических свойств водных растворов мочевины Шеллман оценил энергию водородной связи в -1,5 ккал/моль [116]. Более поздние определения И. Клотцем и Дж. Франзеном теплот образования пептидной водородной связи при ассоциации молекул N-метилацетамида привели к значениям -4,0 ккал/моль в четыреххлористом углероде, -2,0 ккал/моль в диоксане и около нуля в воде [117, 118]. Эти данные поколебали представление о пептидной водородной связи как о факторе, оказывающем доминирующее влияние на упаковку пептидной цепи в а-спираль. К этому времени а-спираль была обнаружена в водных растворах у целого ряда полипептидов. Дж. Шеллман и У. Харрингтон [119], а также Дж. Эдсалл и Дж. Уиман [120] предположили, что устойчивость а-спирали обусловлена главным образом взаимодействием боковых цепей и поэтому практическое отсутствие стабилизирующего эффекта водородных связей в воде не разрушает спираль. Результаты исследования Гратцера и Доти иоли-А-аланина в водной среде показали, что и такое объяснение не является бесспорным из-за незначительности в данном случае взаимодействий в а-спирали боковых С Р-метильных групп [115]. Детальное изучение влияния боковых цепей аминокислот на стабильность а-спирали было проведено Фасманом и Блоутом [121]. В частности, установлено, что гомополипептиды валина, изолейцина, серина, треонина, цистеина и пролина в растворах а-спиралей не образуют. Этот результат, однако, нельзя трактовать как невозможность встройки в а-спиральную структуру перечисленных аминокислот.
В 1967 г. Шерага и соавт. показали, что участки цепи, состоящие из остатков валина, могут образовывать а-спираль [122]. Влияние различных эффектов на устойчивость а-спирали было обнаружено Блоутом и соавт. при беспорядочном включении валина в поли-А-метионин [123]. Общая тенденция, однако, заключалась в уменьшении спирального содержания смешанного полимера с увеличением доли валиновых остатков, начиная с 10%. Р. Фразер и соавт., изучив серию полипептидов
31
общей формулы (G* — V — GJ,,, где G — у-метил-?-глутамат; V — L-валин; х = 0, 1, 2, 3, отметили понижение стабильности а-спирали с уменьшением х [124]. Полимер с 20%-ным составом валина (х = 2) не обнаруживал снижения спирального содержания по сравнению с чистым поли-у-метил-?-глутаматом.
а-Спиральные и ^-структурные конформации были найдены у многих сополимеров и полимеров с чередующимся порядком аминокислот. Р. Фразер и соавт. [124, 125] исследовали с помощью рентгеноструктурного анализа ориентированные пленки поли-А-аланилглицина. Авторы получили типичную для (3-структуры дифракционную картину, которая ранее наблюдалась для растянутого иоли-^-аланина, |3-кератина, фиброина шелка и т.д. Аналогичный результат был получен Фразером и соавт. позднее при исследовании влияния включения глицина в поли-у-этил-?-глутамат [126]. Как и в предыдущем случае, четко наблюдался спиралеразрушающий эффект глицина.
Первые исследования зависимости структуры пептида от молекулярной массы выполнены в 1951 г. в лаборатории Бэмфорда и детально описаны в монографии [127]. Было замечено, что низкая степень полимеризации твердого образца благоприятствует адаптации (3-структуры. Низкомолекулярные образцы иоли-у-бензил-А-глутамата в среде слабополярных растворителей, как показали исследования П. Доти и соавт. [128, 129], Э. Блоута и А. Асадуриана [130], существуют в а-, (3- и клубковой формах, причем разбавление смещает конформационное равновесие в сторону а-спирали. Полученные из таких сред пленки поли-у-бензил-?-глутамата имеют спиральную структуру с примесью аморфной части. В полярных растворителях, например в муравьиной кислоте, равновесие смещено в сторону (3-структуры, которую принимает твердый полипептид при его выделении из этой среды. Увеличение длины цепи благоприятствует a-форме. Критический для а-спирали размер цепи колеблется от 6 до 20 остатков.
Наиболее детальное и систематическое изучение зависимости а-спирального и (3-структурного содержания от длины цепи было выполнено в 1959—1965 гг. Гудманом и соавт. [131—144]. Авторами синтезировано несколько серий олигопептидов с различной длиной цепи и исследованы их физические свойства. Для соединений, состоящих из остатков у-метил-А-глутамата, а-спираль в среде диметилформамида и метакрезола не была обнаружена вплоть до гексапептида. Начало ее образования наблюдается между гепта- и нонапептидом. В трифтор-этаноле содержание а-спирали становится заметным только у нона-у-метил-А-глутамата. В среде диоксана олигопептиды с числом остатков от 3 до 11 имеют формы с межмолекулярной ассоциацией, отнесенные к (3-структуре. Начиная с додекапептида, доля а-спирали быстро растет. Высокомолекулярный полимер в диоксане имеет большее спиральное содержание, чем в диметилформамиде. Олигомеры любой длины в среде дихлоруксусной кислоты находятся в состоянии беспорядочного клубка. Следующая, изученная Гудманом и соавт., серия олигопептидов состояла из остатков (З-метил-А-асиартата. В диметилфор-
