Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
Согласно первому принципу, цепи могут обладать винтовой осью симметрии 2, 3, 4 и более высокого порядка. Винтовая ось обозначается символом S. Все возможные кольца с водородными связями идентифицируются числом входящих в них атомов. Кольца могут быть двух типов - А и В.
н
\
А
\l\IH—CHR—СО),
N1
/
О
н
\
в
N
/
(CHR—NH—CO)n—CHR
19
Количество атомов в кольцах типа А определяется формулой R = = Ъп + 4 = 7, 10, 13, ..., а типа В - R = Ъп + 5 = 8, 11, 14, ... . Таким образом, спиральная структура может быть обозначена символом SR, где S - порядок винтовой оси, a R - число атомов в водородносвязанном цикле. Однако это обозначение неоднозначно. Структуры с одинаковыми обозначениями S и R могут отличаться частотой реализации водородных связей вдоль цепи. В связи с этим в идентификатор спиральной структуры вводится дополнительное обозначение 1/q, характеризующее степень насыщенности структуры водородными связями (SR-l/q). Первая структура будет полностью определяться обозначением 27, вторая - 27-1/2, третья - 271/3.
Количество формально возможных спиральных конформаций пептидной цепи оказывается весьма большим. Хотя многие из них являются нереальными по стерическим причинам, тем не менее это количество остается внушительным. Л. Брэгг, Дж. Кендрью и М. Перутц касаются лишь структур, полностью насыщенных водородными связями, интуитивно полагая, что они отвечают минимальной свободной энергии и, следовательно, наиболее вероятны. Авторы подробно анализируют эти структуры и отмечают, в какой степени они согласуются с известными экспериментальными данными и прежде всего с данными рентгеноструктурного анализа. Среди большого числа структур отметим спираль 4]4 с четырьмя аминокислотными остатками на виток и водородной связью между двумя пептидными группами, разделенными тремя остатками.
JI. Брэгг, Дж. Кендрью и М. Перутц сформулировали важную гипотезу о родственном строении белков, представляющую собой дальнейшее развитие взглядов У. Астбери и М. Хаггинса и получившую широкое распространение в последующих структурных исследованиях белков. Они пишут: "Нельзя полагать с определенностью, что полипеп-тидная цепь имеет одинаковую конформацию во всех кристаллических (т.е. глобулярных) белках или что подобная конформация реализуется в фибриллярных белках, таких, как а-кератин. Однако вполне вероятно ожидать, что гемоглобин и миоглобин содержат цепи одинакового типа, так как эти белки в некотором отношении являются родственными; более того, интервалы идентичности, межцепочечные расстояния и число остатков в интервале подобны в этих двух белках соответствующим характеристикам а-кератина" [56. С. 356]. Авторы имели определенные основания для того, чтобы сделать такое важное заключение. К этому времени ими были получены рентгенограммы кристаллов гемоглобина и миоглобина с огромным числом рефлексов. Хотя их полная интерпретация еще не могла быть выполнена, тем не менее удалось сделать ряд ценных наблюдений. Оказалось, что структуры гемоглобина и миоглобина состоят из участков с заметно различающейся плотностью атомов. Участки с большей плотностью имеют цилиндрическую форму, рентгеновское рассеяние от которых, как и в а-кератине, отвечает рефлексу 5,1 А. Рассмотрев большое количество структур полипептидной цепи, как новых, так и предло-
20
женных ранее, Брэгг, Кендрью и Перутц заключают: "Модели, к которым мы пришли, не имеют очевидных преимуществ перед другими альтернативами" [56. С. 357]. Констатация многообразия предложенных пептидных структур и вывод об отсутствии надежных критериев их выбора правильно характеризовали ситуацию, сложившуюся накануне выхода работ Полинга и Кори.
1.2. МОДЕЛИ ПОЛИПЕПТИДОВ ПОЛИНГА И КОРИ
Первое краткое сообщение о результатах исследования Полингом и Кори пространственной структуры полипептидов и белков появилось в ноябре 1950 г. [57]. В апреле следующего года в одном номере журнала было опубликовано сразу восемь работ Полинга и Кори с подробным изложением полученных результатов, а вскоре появились еще четыре их работы [58—65]. Они сразу же обратили на себя внимание научной общественности, вызвали огромный резонанс и оказали сильное влияние на последующее развитие молекулярной биологии и прежде всего исследований пространственной структуры пептидов и белков. В связи с чем вполне обоснованно разделить исследования, проводимые в этой области, на работы до 1951 г. и последующего периода. Читая какой-либо труд, посвященный структуре пептидов, можно, не зная даты публикации, почти наверняка определить, написан ли он до или после появления в печати работ этих ученых. Исследования Полинга и Кори (1951 г.) имеют теоретический характер. Сделанные авторами предсказания возможных структур полипептидной цепи основаны на следующих постулатах: 1) приняты одинаковые значения для длин связей и валентных углов всех пептидных групп полипептидной цепи. В литературе они получили название геометрических параметров Полинга— Кори; 2) пептидная группа считалась плоской. Возможны две плоские конфигурации группы, отличающиеся взаимным расположением связей N—Н и С=0, цис- и транс-переход между ними связан с преодолением высокого потенциального барьера (-20 ккал/моль). При построении моделей Полинг и Кори отдали предпочтение транс-конфигурации пептидной группы. По оценке Р. Кори и Дж. Донахью, отклонение от плоского строения группы на 10° вызывает повышение энергии приблизительно на 1,5, а на 30° — на 6 ккал/моль [66]; 3) предполагалась полная насыщенность полипептидной цепи водородными связями. Для водородной связи N—Н...О = С были приняты следующие геометрические и энергетические оценки: расстояние N...0 считалось равным 2,8 А, максимальное отклонение от линейности N—Н...0 не должно превышать 30° и энергия связи — 8,0 ккал/моль; 4) при построении моделей пептидной цепи выбирались наиболее благоприятные ориентации пептидных групп, разделенных атомом С“, с учетом потенциалов внутреннего вращения вокруг связей С“—N и С“—С' и ван-дер-ваальсовых контактов между атомами; 5) конформационные состояния всех звеньев пептидной цепи считались эквивалентными.
