Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
Заметный след в развитии представлений о пространственном строении синтетических пептидов и биополимеров оставил также М. Хаггинс. Он сформулировал количественные геометрические критерии, которым должны были удовлетворять модели пептидных цепей. В частности, он предполагал эквивалентность конформационных состояний всех звеньев белковой цепи и плоское строение пептидной группы, в равной мере предрасположенной к цис- и транс-конфигурациям. М. Хаггинс первый придал решающее значение водородной связи между пептидными группами N-H и С=0 в формировании структуры аминокислотной последовательности, считая эту связь главной "упаковочной силой". Удовлетво-
рить отмеченным геометрическим критериям могли только спиральные структуры основной цепи. Идея о спиральном строении полипептидных цепей была высказана Хаггинсом в 1942 г.
После того как Р. Вудвордом и К. Шрамом (1947 г.) был разработан более доступный метод синтеза полипептидов, изучение их конформа-ционных состояний приобрело широкий размах. Пионерские работы с использованием рентгеноструктурного анализа и поляризованных инфракрасных спектров ориентированных образцов искусственных полиаминокислот были выполнены С. Бэмфордом, А. Эллиотом, Е. Амброзе и их сотрудниками. Полученные учеными результаты поставили под сомнение ряд структурных моделей полипептидной цепи, постулированных Астбэри и Хаггинсом. Ими, а также Г. Цаном (1947 г.), Т. Шиманучи и С. Мид-зусимой (1948 г.) было предложено несколько новых регулярных пространственных форм основной цепи полипептидов.
В середине 1930-х годов Дж. Берналом, Д. Ходжкин, И. Фанкухеном, Р. Райли, М. Перутцем и другими исследователями начато изучение кристаллографических трехмерных структур глобулярных белков. Получены лауэграммы пепсина, лактоглобулина, химотрипсина и некоторых других хорошо кристаллизующихся водорастворимых белков. Картины рассеяния рентгеновских лучей от монокристаллов содержали десятки тысяч четко выраженных рефлексов, что указывало на принципиальную возможность идентификации координат во много раз меньшего числа атомов белковых молекул (за исключением водорода). На реализацию этой возможности ушло более четверти века. Однако сам факт наблюдения богатых отражениями рентгенограмм говорил о многом. Например, он позволил сделать вывод об идентичности всех молекул каждого белка в кристалле, как правило, не теряющего в этом состоянии свою физиологическую активность. Кроме того, были оценены ориентировочные размеры, формы, симметрия и молекулярные массы исследованных белков, размеры их элементарных ячеек, а также возможное число аминокислотных остатков в ячейке. Дальнейшее развитие этой области вплоть до начала 1960-х годов замкнулось на решении внутренних, чисто методологических задач, связанных с расшифровкой рентгенограмм.
В 1950 г. публикуется исследование JI. Брэгга, Дж. Кендрью и М. Пе-рутца, в котором сообщаются не только вновь полученные авторами данные рентгеноструктурного анализа миоглобина и гемоглобина, но анализируется сложившаяся в кристаллографии белков общая ситуация. Авторы подводят итог предшествующим исследованиям в этой области и в заключении формулируют важную гипотезу о родственном пространственном строении белков, которая представляет собой дальнейшее, подкрепленное новыми наблюдениями развитие взглядов Астбэри и Хаггинса на структурное единство белковых молекул.
Вскоре появляется знаменитая серия работ JI. Полинга и Р. Кори (1951 г.), в которых авторы рассмотрели все ранее известные структурные модели полипептидов, в том числе предложенные Брэггом, Кендрью и Перутцем, и отвергли их. Вместо них они предложили две новые низкоэнергетические регулярные пространственные формы - ос-спираль и Р-складчатый лист. Один виток а-спирали включает 3,6 аминокислотных
остатка. Все пептидные группы в ней соединены водородными связями типа 5 —»1, при котором группа С = О /-го остатка связана с N-N (i + 4)-го остатка. Вытянутые параллельные и антипараллельные Р-складчатые листы удерживаются межцепочечными водородными связями. Обе структуры отвечают минимумам торсионных потенциалов. Проанализировав имеющийся экспериментальный материал по пептидам и белкам, Полинг и Кори не обнаружили ни одного факта, противоречившего предложенным ими регулярным формам. В результате анализа они пришли к выводу о структурной общности синтетических и природных полипептидов. Таким образом, предположение, впервые высказанное Астбэри, поддержанное Хаггинсом, а также Брэггом, Кендрью и Перутцем о том, что структуры фибриллярных и глобулярных белков, а также искусственных полипептидов могут быть описаны с помощью ограниченного набора канонических форм - блоков, получило в работах Полинга и Кори подтверждение и дальнейшее развитие. Еще более укрепилось представление о водородной связи как о главном факторе, стабилизирующем трехмерную структуру белковой молекулы. Согласно гипотезе, вошедшей в литературу под названием "а-спиральная концепция Полинга", основные цепи всех белков и синтетических полипептидов состоят почти исключительно из полностью насыщенных водородными связями ос-спиралей и p-структур.
