Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
342
•деление различных остатков во внутренних областях и на поверхности глобул 20 белков в зависимости от их конформационного состояния (а-спирального, 3-структурного и нерегулярного) [17]. Четких закономерностей в распределении полярных и неполярных остатков найдено не было; отмечено лишь, что (3-структуры находятся преимущественно внутри глобулы, а нерегулярные свернутые формы — на ее поверхности, что, очевидно, по-другому быть не может. Тем не менее и сегодня господствующим остается традиционное представление в духе концепции У. Козмана. В 1990 г. Т. Крейтон, обсуждая пространственное строение молекул гомологичных белков, писал: "Большинство поразительно сходных аспектов гомологичных структур сводится к сохранению неполярного характера боковых цепей во внутренней части глобулы плюс преобладание гидрофильных боковых цепей на поверхности. ...гидрофобное ядро, по-видимому, является главным стабилизирующим фактором "нормального свернутого состояния" [18. С. 5].
В связи с возможностью анализировать рентгеноструктурные модели большого количества белков с точки зрения распределения в глобуле различных аминокислотных остатков открылась перспектива для проверки гидрофобной концепции структурной организации белковой макромолекулы, понимания роли разных факторов в стабилизации трехмерной структуры, и для получения эмпирических, возможно даже, количественных соотношений между этими факторами и распределением остатков различной природы в тех или иных частях белковой глобулы. Возникла надежда объединить а-спиральную концепцию и разработанные на ее основе методы предсказания вторичных структур с гидрофобной концепцией и результатами анализа кристаллографических моделей и установить непрерывную логическую связь между первичной, вторичной и третичной структурами, т.е. создать теорию пространственной организации белка.
В середине 1970-х годов ситуация с решением структурной проблемы белка многими представлялась если не совсем простой, то, во всяком случае, достаточно определенной в отношении направленности поиска. Почти никто не сомневался в том, что нативная конформация белка — ансамбль вторичных, регулярных структур, для которых были разработаны многочисленные методы,"... позволяющие в удовлетворительном согласии с экспериментом локализовать спиральные участки в глобулярных белках" [19. С. 375]. Переход от вторичной к третичной структуре не представлялся сложным, поскольку господствующим и по существу единственным было мнение о том, что "...обширный экспериментальный материал по пространственным структурам и внутримолекулярным упаковкам глобулярных белков приводит к выводу, что наиболее яркими впечатляющими структурными особенностями глобулярных белков являются: 1) компактность формы; 2) наличие плотно-упакованного ядра (ядер) и полярной оболочки. Именно эти структурные принципы организации выделяют глобулярные белки в отдельный класс биополимеров и должны быть основополагающими при анализе конформации полипептидной цепи глобулярного белка, включая ее
343
вторичную структуру" [19. С. 376]. Реальные конформации белковых молекул, однако, не соответствовали подобным представлениям, и все надежды решить проблему структурной организации белков на такой основе оказались тщетными. Приблизительно в это же время (вторая половина 1970-х годов) обнаруживаются факты, не отвечающие концепции вторичных структур и прямо не соответствующие концепции гидрофобных взаимодействий.
Рассматривая причины конформационной устойчивости белков, Р. Ламри и Р. Билтонен делают такое заключение: "Действительно, похоже, что нет предела изобретательности исследователей, предлагающих новые и новые существенные факторы. Легко перечислить различные предположения, но гораздо труднее классифицировать действующие силы в терминах количественных вкладов в энтальпию и энтропию образования конформации цепи для любого белка. Трудность состоит в том, что ни один из факторов не оказывает преобладающего влияния на термодинамическую ситуацию" [20. С. 42]. Высказывание относится к 1969 г., но выраженная в нем мысль правильно отражает положение, сложившееся в этой области спустя десятилетие,
Что же касается попыток установить зависимость между первичной и вторичными структурами белков, то Ламри и Билтонен отмечают: "Недавно появилась новая игра, в которой рентгенографические структуры белков объясняются расположением вдоль пептидных цепей полярных незаряженных групп, полярных заряженных групп и неполярных групп различных размеров. Хотя, по-видимому, опасно относиться к этому слишком серьезно, игра может принести существенную пользу как средство для классификации по значимости факторов термодинамической стабильности" [20. С. 64]. Как показано в предшествующей части книги, даже эта скромная надежда осталась нереализованной. Ситуация в изучении структурной организации белков в 1960—1980-е годы в чем-то аналогична 20—40-м годам нашего столетия — периоду в исследовании химического строения белков, который последовал сразу после Фишера и продолжался до фундаментальных работ Э. Вальдшмидт-Лейтца и Ф. Сенгера. Решение проблемы белка стараются отгадать, а не получить в результате исследования по тщательно продуманному плану, основанному на всестороннем анализе опытных данных, оригинальных методиках и нетривиальном подходе.
