Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
Естествен вопрос, что же сдерживало выявление структурных черт, общих для всего класса белков. Объясняется ли длительность поиска случайным стечением обстоятельств и трудностями технического порядка или же имелись субъективные причины и продолжительность и тернистость пройденного пути были неизбежны? Ведь если сравнить формулы отмеченных природных соединений, то вряд ли белки покажутся значительно сложнее нуклеиновых кислот или сахаров. Скорее наоборот, тип их химического строения скорее может удивить своей простотой. Проблема белка, как и другие проблемы естествознания принципиального характера, имеет свою судьбу. Помимо субъективного фактора, решение здесь зависит от уровня теоретического и экономического развития фундаментальных наук и объема накопленных знаний, актуальных именно для данной проблемы. Проследим с этой точки зрения историю химических исследований белковых молекул.
Первая попытка решить вопрос о внутреннем устройстве белков была предпринята в конце 30-х годов XIX в. накануне становления органической химии. Следовательно, при этом исходили только из экспериментальных возможностей и теоретических представлений сложившейся к тому времени уже в качестве научной дисциплины минеральной (неорганической) химии. Предложенная на этой основе Г. Мульдером протеиновая теория оказалась, однако, несостоятельной и вскоре была отвергнута. Это не было только неудачей автора; улучшить теорию было невозможно, так как она являлась неудовлетворительной в своих исходных позициях. Стало ясно, что неорганическая химия вообще некомпетентна решить первую фундаментальную задачу проблемы белка, и подобные попытки больше не повторялись.
Условия для появления иного подхода к рассмотрению вопроса о химическом типе белковых молекул возникли лишь через 40-50 лет, после создания теоретических основ классической органической химии, где центральное положение заняла теория химического строения молекул (1861 г.). Суть теории сводилась к утверждению, сейчас очевидному, о существовании неразрывной связи между молекулярным строением соединения и его химическими свойствами, что по существу означало формулировку глобальной цели теоретической химии - раскрытие этой связи и установление ее природы. Автор теории А.М. Бутлеров постулирует положение, согласно которому можно предсказать химическое строение молекулы, т.е. все входящие в нее атомные группы и химические связи, если для данного соединения известны присущие ему химические реакции, и наоборот. На первое место, как необходимые, ставились реакции замещения, расщепления и синтеза. Таким образом, если это предположение справедливо, то все проблемы, возникающие при установлении строения органических молекул, становятся, по выражению Бутлерова, "разрешимыми путем химического опыта". Теория химического строения оказалась чрезвычайно плодотворной. Не встретив противоречий ни с одним из известных в то время опытных фактов, она открыла широчайшие перспективы для дальнейшего более целенаправленного развития органической химии. После появления стереохимической теории Я. Вант-Гоффа и Ж. Jle Беля (1874 г.) теория Бутлерова, как показала вся последующая
история химии, не знала исключений принципиального порядка. Противоречия с теорией не допускались, а при их появлении признавались артефактами, что и подтверждалось позднее. Ценность теории состояла еще и в том, что в течение многих десятилетий после ее создания в химии отсутствовали другие способы определения химического строения молекул. Появившиеся в первой половине XX в. физико-химические методы, прежде всего рентгеноструктурный анализ и методы молекулярной спектроскопии, подтвердили (и это поразительно!) практически все результаты предшествующего чисто химического подхода к исследованию строения, в том числе и пространственного, органических молекул. Иными словами, основные структурные особенности микроскопических частиц были правильно предсказаны при изучении поведения макроскопических систем.
Под воздействием впечатляющих достижений органической химии в химии белка постепенно начинает утверждаться представление о том, что познание свойств белковых молекул и их роли в процессах жизнедеятельности неизбежно должно пройти через установление вначале химического типа веществ этого класса, а затем структурных формул конкретных белков. Положение о том, что знание химической формулы молекулы является необходимым и достаточным условием для понимания ее характерных реакций, стало в химии белка конца XIX в. таким же общепринятым, как и в органической химии. Оно уже не нуждалось в особых доказательствах и воспринималось буквально так, что по известной химической формуле всегда можно предсказать характер химического поведения соединения.
Первую попытку использовать теорию химического строения органических молекул в химии белка предпринял П. Шютценберже, выдвинув в 1876 г. так называемую уреидную структурную гипотезу белковых молекул. К 1891 г. А.Я. Данилевским была разработана теория химического строения белков, получившая название "теории элементарных рядов". В ней особенно чувствуется стремление автора полнее использовать достижения классической органической химии. В. Коссе ль предложил в 1898 г. протаминовую гипотезу, базировавшуюся на известных в то время аналитических данных о составе продуктов кислотного и щелочного гидролиза белков. К этому же кругу работ можно отнести исследования М. Зигфрида (1904 г.), пытавшегося из белковых гидролизатов выделить "ядра" в виде отдельных структур и приписать им определенные химические формулы. Понимание авторами отмеченных теорий необходимости знания структуры не сопровождалось, однако, ясным представлением о способах достижения цели. Предложенные ими формулы в значительной мере представляли собой выраженные в дефинициях органической химии фантазии на заданную тему. Все они, как и формулы Мульдера, предполагали фрагментарное строение белковых молекул. Даже выдающимся химикам конца XIX-начала XX в., особенно после упомянутых выше неудачных попыток, задача химического строения белков стала казаться непостижимо сложной, превышающей методологические возможности органической химии.
