Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
356
Г л а в а 12
РЕНАТУРАЦИЯ ЦИСТЕИНСОДЕРЖАЩИХ БЕЛКОВ
Логические и, как правило, фактические пути решения многих фундаментальных проблем, а также становление и развитие целых областей естественнонаучных знаний показывают, что почти всегда истоком и основой крупного научного достижения являются результаты исследования простейшего объекта, сфокусировавшего в себе самые важные и характерные черты рассматриваемого явления. Вспомним, что становление подлинно научной генетики в значительной мере обязано выбору Г. Менделем объектом своего исследования гороха. Хорошо также известно, какой крупной удачей для развития биологии, прежде всего хромосомной теории наследственности Т. Моргана, учения Г. де Фриза о мутациях и обоснования генетических принципов эволюции, явился один только факт выбора в качестве объекта исследования плодовой мушки — дрозофилы. Не менее важную роль для становления и развития молекулярной биологии в целом и особенно молекулярной генетики, а в последнее десятилетие генетической инженерии сыграло использование фага штамма Е. coli.
А как обстоит дело с выбором объекта в изучении проблемы структурной организации белков и, в частности, в важной ее составной части — задаче свертывания и развертывания белковой цепи? Находится ли в центре большого количества работ в этой области изучение простейших белков, которое постоянно стимулирует и направляет исследования более сложных и определяет их возможности? Хотя среди множества изучаемых белков, безусловно, есть и простейшие, однако нельзя сказать, что они находятся в центре внимания, и решение структурных проблем белка, как и отдельных задач проблемы, сознательно строится по определенной программе. С этих позиций и будут рассмотрены последующие работы по денатурации белков. Однако предварительно необходимо оговориться, что в данном случае следует понимать под простейшим, модельным объектом и каким требованиям он должен отвечать. Модельный белок, по-видимому, должен быть низкомолекулярным. Но не все белки с короткой цепью могут считаться простейшими, особенно в отношении их денатурационных свойств. Например, один из самых маленьких белков — инсулин — совсем не является простым и типичным и, согласно К. Анфинсену и соавт. [58], при разрушении дисульфидных связей не ренатурирует. Это связано с тем, что инсулин образуется путем протеолитического расщепления проинсулина и содержит две цепи. Следовательно, белок должен быть не только низкомолекулярным, но состоять из одной цепи. Желательно также, чтобы цепь свертывалась в глобулярную форму, представляющую собой один домен.
Структура белка, выбранного в качестве центрального объекта исследования явления денатурации, непременно должна содержать несколько дисульфидных связей. В настоящее время эти связи служат
357
Рис. Ш.4. Трехмерная структура пептидного остова бычьего панкреатического трипсинового ингибитора
если не единственным, то во всяком случае самым надежным источником структурной информации о промежуточных мета-стабильных состояниях. Кроме того, возможность контролировать кинетику и термодинамику дисульфидного взаимодействия позволяет определить кинетические роли промежуточных состояний. Знание внутримолекулярных преобразований соответствующих дисульфидных связей дает представление о конформационных переходах, ведущих к нативной структуре белка. Дисульфидные связи особенно полезны, когда белок денатурирует при их разрыве. В этом случае не требуются денатураты и сохраняются все виды взаимодействий, определяющих стабилизацию белковой глобулы. Таким образом, типичный белок должен быть низкомолекулярным, состоять из одной цепи и иметь однодоменную, известную, с хорошим разрешением трехмерную структуру, содержащую дисульфидные связи. Желательно, чтобы выбранный белок был простейшим и типичным при изучении не только денатурации, но и других свойств. Например, для выяснения принципов пространственной организации белков важны количественные оценки основных факторов стабилизации двух часто встречающихся регулярных форм пептидной цепи: а-спирали и (3-структуры. Понимание структурной организации белковых молекул необходимо для последующиего изучения их биологического действия и установления связи между структурой и функцией. Для обеспечения преемственности знаний важно, чтобы белок, выбранный в качестве простейшего для исследования структурной организации, оказался модельным и для исследования структурно-функциональной организации. Для этого он должен обладать простой и хорошо изученной экспериментально функцией.
Отмеченным выше требованиям удовлетворяет бычий панкреатический трипсиновый ингибитор (БГГТИ). Решающее значение в выборе этого белка как тест-объекта при рассмотрении денатурации и ряда других свойств сыграло то обстоятельство, что молекула БПТИ экспериментально и теоретически изучена более глубоко и всесторонне, чем многие другие белки. Не будет большим преувеличением сказать, что уровень исследования БПТИ во многом определяют экспериментальные и теоретические возможности естествознания в изучении бел-
