Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
а-Спиральная концепция Полинга была с энтузиазмом встречена учеными. Вскоре она получила дополнительное экспериментальное подтверждение в работе Перутца и стала общепризнанной. Хотя в 1950-е годы не было известно ни одной трехмерной структуры глобулярных белков, тем не менее ни у кого не вызывало сомнений, что белковые молекулы построены из регулярных форм, главным образом ос-спиралей. Именно на таком представлении о пространственном строении белков основана предложенная в 1952 г. К. Линдерстрем-Лангом классификация белковых структур на первичную, вторичную и третичную. Фактически она представляла собой вытекающую из концепции Полинга формулировку принципа пространственной организации белков. В противном случае такая классификация теряла смысл.
Под влиянием ос-спиральной концепции К. Линдерстрем-Ланг вместе с Дж. Шеллманом (1954 г.) предложили третичную структуру инсулина, состоящую из левой ос-спирали цепи А и правой - цепи Б. В. Лоу (1955 г.) построила структурную модель этого же белка из двух левых ос-спиралей, а Г. Линдли и Дж. Коллет (1955 г.) - из двух правых. Три совершенно различные структурные модели, но в равной мере основанные на максимизации а-спирального содержания, были предложены также для ри-бонуклеазы.
После опубликования работ Полинга и Кори стремительное развитие получило изучение пространственного строения синтетических полипептидов, начатое незадолго до этого Астбэри, Амброзе, Бэмфордом, Эллиоттом и др. Возникла надежда, граничащая с уверенностью, что изучение гомополипептидов различных аминокислот сможет существенно помочь в установлении принципов пространственной организации белков. Казалось, что оптимизм вполне оправдан, так как было показано, что синтетические полипептиды реализуются, хотя бы частично, в тех же
а-спиральных и p-структурных формах, аналогичных а- и p-формам кератина, миозина, фиброина шелка и др. Еще более убедительной стала выглядеть единственная в то время структурная гипотеза белков. Появилось основание считать полипептиды простейшими структурными аналогами белков в отношении не только химического строения, но и пространственного.
Интенсивное изучение пространственного строения синтетических полипептидов продолжалось в течение 1950-х и первой половины 1960-х годов. Были привлечены практически все известные физические и физикохимические методы, позволяющие получать информацию о строении молекул в твердом состоянии и в растворах. Наибольшее количество данных было получено с помощью рентгеноструктурного анализа, методов рассеяния рентгеновских лучей под малыми углами, дисперсии оптического вращения, кругового дихроизма и дейтерообмена, с помощью обычных и поляризованных инфракрасных спектров. Из полученного при исследовании синтетических полипептидов огромного экспериментального материала, однако, не удалось сделать обобщающих заключений о причинах стабильности регулярных структур и сказать что-либо определенное на этой основе о принципах структурной организации белков. И тем не менее, результаты исследования повсеместно были восприняты как подтверждающие ставшее общепринятым представление о том, что пространственное строение белковой глобулы представляет собой ансамбль унифицированных регулярных блоков вторичных структур, прямую информацию о геометрии которых дают высокомолекулярные синтетические пептиды. ос-Спиральная концепция Полинга не только не была поставлена под сомнение, но еще более утвердилась. В 1967 г. Г. Фасман писал: "Общепризнано, что лишь несколько конформаций, благодаря своей внутренней термодинамической стабильности, будут встречаться наиболее часто и, по-видимому, именно они составляют общую основу белковой структуры" [5. С. 255]. Между тем, в то время уже были известны факты, настораживающие от безусловного принятия а-спиральной концепции Полинга. Но они выпадали из множества других фактов, согласующихся с традиционным представлением, казавшимся логичным и правдоподобным, к тому же не имевшим альтернативы. Поэтому на данные, противоречащие концепции Полинга, долгое время не обращали внимания.
JI. Брэггу и М. Перутцу в 1954 г. удалось впервые продемонстрировать возможность расчета знаков рефлексов в дифракционной картине гемоглобина, что означало решение одной из самых трудных проблем кристаллографии белков - проблемы фаз. Это было достигнуто методом изоморфного замещения, идея которого была подсказана авторам Дж. Берналом. Путь к получению трехмерных структур криталлизующихся белков на атомном уровне был открыт. В 1960 г. Дж. Кендрью и сотрудники построили атомную модель молекулы миоглобина с разрешением 2,0 А, а в 1968 г. М. Перутц и сотрудники - модель молекулы гемоглобина с разрешением 2,2 А. Так был завершен титанический труд кристаллографов Кавендишевской лаборатории, продолжавшийся более четверти века.
Трехмерные структуры двух глобулярных белков дали блестящее и, казалось, бесспорное доказательство справедливости господствующим в течение почти двух десятилетий а-спиральной концепции Полинга и структурной классификации белков Линдерстрем-Ланга. В лишенных какой-либо симметрии белковых молекулах ос-спираль, действительно, оказалась доминирующей структурой (75%), стабилизированной пептидными водородными связями типа 5 —> 1. Идентифицированные структуры удовлетворительно согласовывались и с еще одной гипотезой структурной организации белков - гидрофобной концепцией У. Козмана.
