Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
Изучение М. Перутцем, Дж. Кендрью и Г. Уотсоном гемоглобинов различных видов позвоночных (приматов, лошади, свиньи и др.) и миоглобинов кашалота и человека показало, что в подавляющем большинстве случаев наблюдаются эквивалентные в отношении природы боковых цепей замены остатков [211]. Рассмотрев характер замещений в аминокислотных последовательностях при филогенезе, авторы отметили неодинаковую структурную роль остатков. За правильное свертывание белковой цепи в нативную конформацию ответственны остатки, оказывающиеся при свертывании цепи внутри глобулы, а не экспонированные к растворителю.
Работы Перутца и Кендрью, благодаря которым впервые стали известны на атомном уровне трехмерные структуры двух глобулярных белков, дали блестящее и как будто бы бесспорное доказательство справедливости предположения, высказанного еще Астбери и господствующего в молекулярной биологии в течение десятилетий, о единстве структурных элементов глобулярных и фибриллярных белков и синтетических полипептидов. Третичные структуры миоглобина и гемоглобина явились подлинным триумфом а-спиральной концепции Полинга-Кори. В сложных, лишенных внешней симметрии молекулярных конформациях этих белков а-спираль действительно оказалась доминирующей структурой. После расшифровки строения миоглобина и гемоглобина для многих исследователей концепция Полинга-Кори пред-
49
стала уже не как весьма правдоподобная и полезная рабочая гипотеза, а как не вызывающий никаких сомнений принцип пространственной организации белковых молекул. Эта концепция послужила основополагающей идеей поиска эмпирических правил свертывания полипептидной цепи с известной последовательностью.
2.3. ТРЕХМЕРНАЯ СТРУКТУРА ЛИЗОЦИМА
Первым ферментом, у которого была выяснена третичная структура и каталитические свойства которого были рассмотрены на основе знания расположения атомов в активном центре, был лизоцим. Его химическое строение установлено П. Жолле в 1962 г., а несколько позднее Р. Кенфилдом. Фермент, выделенный из яичного белка, представляет собой одну полипептидную цепь из 129 аминокислот. Расшифровка структуры белка была начата Филлипсом и соавт. в 1960 г.; через два года было получено изображение с малым разрешением 6,0 А [212-214]. В 1965 г. выполнен расчет структуры при учете около 10 ООО рефлексов с разрешением в 2,0 А [215-218]. Трехмерная структура лизоцима имеет форму эллипсоида с осями ~ 45 х 30 х 30 А. Она содержит лишь несколько коротких, сильноискаженных и с трудом узнаваемых спиральных участков (рис. 1.3). Пептидные группы в них, как правило, повернуты таким образом, что связи С=0 направлены наружу по отношению к оси спирали, a N-H - внутрь. В результате такого поворота связи N-H попадают в промежуток между карбонильными группами третьего и четвертого остатков и, следовательно, не образуют оптимальных водородных связей. В ряде мест пептидная цепь скручена таким образом, что получается структура, промежуточная между а-спиралью и спиралью 31(|. В молекуле лизоцима имеется короткий участок антипараллельной (3-структуры. Более половины всех аминокислотных остатков входят в полностью нерегулярные структуры.
Таким образом, лизоцим в отношении вторичных структур существенно отличается от миоглобина и гемоглобина; его спиральные участки содержат не три четверти остатков, как в случае миоглобина, а менее четверти, причем и они, как отмечалось, имеют нерегулярную форму. Поэтому здесь уже нельзя сказать, что третичная структура белка практически полностью определяется способом укладки регулярных вторичных структур. Некоторые особенности строения лизоцима, однако, согласуются с теми, которые были отмечены у ранее исследованных белков. Остатки с полярными боковыми цепями находятся, как правило, на поверхности глобулы и взаимодействуют с молекулами воды. Некоторые остатки защищены от контактов с окружающей средой и взаимодействуют между собой, образуя гидрофобные кластеры. Условия, в которых находятся молкулы в кристаллическом белке, в сущности незначительно отличаются от естественных условий в клетке. Кристаллы включают около 35% по массе (50% по объему) жидкости, главным образом воду. Поэтому, как отмечает Филлипс,
50
Рис. 1.3. Трехмерная структура фермент-ингибиторного комплекса лизоцима
Ri R2 R3
Рис. 1.4. Фрагмент полисахарида, содержащегося в оболочках бактериальных клеток, — субстрат лизоцима
А, С, В — остатки N-ацетилглюкозамина (N-АГ); В, D, F — остатки N-ацетилмурамовой кислоты (N-АМ). Фермент расщепляет связь между кольцами D и Е
конформационное состояние белка в кристалле должно быть близким к состоянию в растворе [217].
Д. Филлипс и соавт. также впервые получили в 1967 г. структуру фермент-ингибиторного комплекса с хорошим разрешением [219-221]. Так как ферментативный каталитический акт является быстрым процессом, то исследовать непосредственно структуру фермент-субст-
51
