Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
Удовлетворять отмеченным выше геометрическим критериям могли только спиральные структуры полипептидной цепи, поэтому Хаггинс предложил спиральное строение полипептидов. Оказавшаяся столь плодотворной идея спиральности молекулярных структур биополимеров впервые была высказана им в 1942 г. [31]. Лишь для фиброина шелка и (3-кератина Хаггинс, в согласии с Мейером, Марком и Астбери, допускал плоскую форму цепи. Для различных фибриллярных белков им было предложено большое число спиральных структур, существенно отличающихся от ленточных структур У. Астбери. М. Хаггинс разработал модель пептидной цепи, которая включала в качестве основного структурного элемента семичленный цикл, замыкаемый водородной связью. Непрерывное повторение в цепи этого элемента при сохранении нормальных значений валентных углов и плоской конфигурации пептидных групп приводит к неплоской структуре полипептида с винтовой осью второго порядка. Такая структура должна давать в рентгенограмме слабый рефлекс 5,0 А и сильный
2,5 А, что, однако, противоречит наблюдаемой дифракционной картине. Модель с неплоской пептидной группой и периодом идентичности
5,0 А, содержащая семичленные циклы, имеет винтовую ось симметрии третьего порядка. Она была предложена Хаггинсом для а-кератина; структура приблизительно вдвое короче плоской, вытянутой цепи (3-кератина. В волокнах а-кератина отдельные спирали соединяются между собой в слои посредством дисульфидных мостиков и за счет взаимодействия боковых цепей. М. Хаггинс показал, что плоская ленточная структура а-кератина У. Астбери с тремя остатками на изгиб не удовлетворяет экспериментальным геометрическим параметрам и реализоваться не может.
М. Хаггинсом, а несколько ранее Г. Тейлором [41[ была предложена спираль с винтовой осью третьего порядка (3]0), содержащая 10-членные циклы, замыкаемые водородными связями N-H...O=C типа 4-И.
—С—(NH—CHR—СО)г—N—
О |
Структурный элемент спирали Зю, как было обнаружено позднее, встречается в конформациях глобулярных белков. Он был назван
16
p-изгибом, поскольку осуществляет поворот пептидной цепи приблизительно на 180°.
Оценивая значение работ Хаггинса в изучении пространственной организации пептидов и белков, необходимо отметить следующее: во-первых, он впервые ввел количественные геометрические критерии, которым должна удовлетворять любая молекулярная модель полипеп-тидной цепи; во-вторых, обратил внимание на большую роль водородной связи N-H...O=C в формировании пространственного строения пептидного скелета; в-третьих, постулировал насыщенные водородными связями спиральные структуры. В то же время многочисленность предложенных Хаггинсом структур указала на недостаточность предъявляемых к ним геометрических требований и на неоднозначность интерпретации рентгенограмм. Исследования Хаггинса свидетельствовали о необходимости привлечения дополнительных экспериментальных данных и разработки новых подходов к расшифровке картин рентгеновской дифракции от волокнистых и кристаллических белков.
В 1930-годы были получены первые данные о рентгеновском рассеянии кристаллов ряда глобулярных белков: пепсина (Дж. Бернал, Д. Кроуфут) [42], эдестина, альбумина яйца и эксельсина (У. Астбери,
С. Дикинсон, Ф. Бейли) [24, 43], инсулина (Д. Кроуфут) [44, 45], химо-трипсина и метгемоглобина (Дж. Бернал, И. Фанкухен, М. Перутц) [46], лактоглобулина (Д. Кроуфут, Р. Райли) [47]. В результате стали известны ориентировочные размеры, форма, симметрия и молекулярная масса белков, размеры элементарных ячеек кристаллов, а также вероятное количество молекул в ячейке. На основе рентгенограмм инсулина, лактоглобулина и метгемоглобина были построены паттерсоновские проекции межатомных векторов. Д. Ринч предприняла попытку связать особенности паттерсоновских проекций со структурой белков [48, 49]. Она предположила несколько гипотетических моделей, в которых пептидные цепи белков свернуты таким образом, что образуют замкнутые правильные многогранники различных размеров с определенным целым числом аминокислотных остатков. Многогранники могут представлять собой призмы, октаэдры и т.д., в предельном случае вырождаться в плоскую сетку с замкнутыми полипептидными цепями. Циклольная гипотеза Ринч была скептически встречена отчасти в силу ее искусственности, а главным образом потому, что имеющиеся в то время данные по рентгеновскому рассеянию кристаллов глобулярных белков еще не могли быть надежно связаны с молекулярной структурой. Для этого прежде всего необходимо было решить проблему фаз рентгеновских рефлексов. При известных фазах и интенсивностях рефлексов могли быть построены проекции распределения электронной плотности и выяснены детали атомной организации структуры. Но это было делом будущего.
Как уже отмечалось, в 1947 г. Вудвордом и Шраммом был открыт эффективный метод синтеза полипептидов [28]. Вскоре К. Бэмфорд, У. Ханби и Ф. Хэппи разработали метод приготовления высокоориентированных пленок синтетических полипептидов большой молекулярной массы [50]. С этого времени начинается интенсивное изучение
