Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
1 Проблема белка. Т.1. Химическое строение белка / Под ред. В.У. Иванова, Е.М. Попова. М.: Наука. 1995.
5
этапов развития исследований пространственного строения белков соотнесено с общим ходом развития естественнонаучных знаний и показана обусловленность решения данной задачи прогрессом всего естествознания.
Книга состоит из трех частей. В первой части рассмотрены история экспериментальных исследований пространственного строения синтетических полипептидов и белков и складывающиеся на этой основе представления об их молекулярной структурной организации. Особо выделены три события, во многом определивших последующее развитие этой области и становление самой молекулярной биологии. Первые два вызваны появлением в 1951 г. работ JI. Полинга и Р. Кори и в 1959 г. работы У. Козмана, которые сразу же обратили на себя внимание научной общественности и оказали сильное стимулирующее влияние на теоретическое и экспериментальное изучение пространственного строения белков. Третье событие произошло на рубеже 1950—1960-х годов и было связано с расшифровкой Дж. Кендрью и М. Перутцем трехмерных структур первых белковых молекул. Наибольшее внимание в первой части, как и в двух других, уделено анализу современных исследований и перспективам развития. Вторая часть книги посвящена детальному анализу эмпирического подхода к предсказанию вторичных структур и более высоких уровней пространственной организации глобулярных белков. В отдельной главе отмечены перспективы развития этого подхода. В третьей части изложена история исследований механизма свертывания белковой цепи в нативную конформацию в условиях in vitro и in vivo. В последней главе рассмотрена общая теория структурной самоорганизации белка, разработанная на основе нелинейной термодинамики неравновесных процессов.
Ответственный редактор и авторы выражают глубокую признательность Т.И. Соркиной и ее сотрудникам: В.В. Егоровой, Е.Г. Гавриловой, Л.И. Петровой и Н.Н. Шумаковой, роль которых на всем протяжении подготовки настоящего издания трудно переоценить.
В.Т. Иванов, Е.М. Попов
Часть I
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО СТРОЕНИЯ БЕЛКОВ
Глава 1
СТРУКТУРНЫЕ МОДЕЛИ ПОЛИПЕПТИДНЫХ ЦЕПЕЙ
Возможность осуществления белками разнообразных и многочисленных функций не может быть, как ожидалось ранее, прямо связана с химическим строением молекул, так как все белки являются полипептидами, построенными из одних и тех же двадцати основных аминокислот. Напрашивалась мысль, что химическая универсальность и практически необозримое многообразие свойств соединений этого класса как-то связаны с пространственным строением молекул. Впервые такую мысль высказали в 1930 г. К. Мейер и Г. Марк [1-3]. Ими же было сделано предположение о зависимости механических свойств белков от пространственной формы полипептидных цепей. Г. Марк, изучая дифракцию рентгеновских лучей, показал, что растяжение и сокращение мускулов сопровождаются обратимым изменением трехмерной структуры мышечных белков, т.е. работа мышц в конечном счете сводится к внутримолекулярному процессу.
Исследование пространственной структуры белков началось за много лет до окончательного установления их химического строения [4]. Обе задачи в течение почти четверти века решались одновременно, оказывая друг на друга большое влияние.
1.1. ПЕРВЫЕ РЕНТГЕНОСТРУКТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИБРИЛЛЯРНЫХ БЕЛКОВ
В 1912 г. М. Лауэ разработал теорию интерференции рентгеновских лучей на кристаллах, приняв их за естественные для жесткого излучения дифракционные решетки. Теория Лауэ тотчас же получила экспериментальное подтверждение в опытах В. Фридриха и П. Книп-пинга. В этом же году У. и Л. Брэгг осуществили кристаллографическое исследование ряда образцов и дали экспериментальное доказательство периодичности атомной структуры кристаллов. В 1912 г.
7
JI. Брэгг вывел уравнение, связывающее длину волны рентгеновского излучения с периодом идентичности кристаллической решетки. Несколькими месяцами позднее такое же уравнение было получено независимо Г. Вульфом.
Первыми объектами рентгеноструктурного анализа стали фибриллярные белки, а среди них - фиброин шелка. Его рентгенограмма получена в 1920 г. Р. Герцогом и У. Янке [5-7] и несколько позднее Р. Бриллем [8]. Было обнаружено, что белок состоит из кристаллической и аморфной частей. В состав кристаллической части входят только глицин и аланин в соотношении 1:1. Со ссылкой на Н.Д. Зелинского (независимо это сделать было нельзя) авторы высказали предположение, что аминокислотные остатки образуют в белке метил-дикетопиперазины; во всяком случае, полициклическая структура белка не противоречила наблюдаемой дифракционной картине. Сторонники дикетопиперазиновой теории восприняли это не как предположение, а как независимое экспериментальное доказательство ангидридного строения белковых молекул и в течение длительного времени ссылались на работы Герцога и Брилля, якобы подтверждавших справедливость их точки зрения. Серию интересных исследований структуры высокомолекулярных органических соединений, в том числе и белков, выполнили в 1920-е годы Мейер и Марк [3, 9]. В отношении химической организации этих соединений они придерживались мнения Г. Штаудингера, а в отношении природы белков - представлений Э. Фишера. Г. Штаудингер впервые (1922 г.) предположил, что высокомолекулярные соединения не являются веществами, состоящими из небольших, ассоциированных в растворе в крупные агрегаты молекул, наподобие коагулянтов, как считали раньше, а представляют собой структуры, все звенья которых валентно связаны между собой, образуя линейные, разветвленные, плоские или пространственные сетчатые цепи главных валентностей.
