Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
метод рентгеноструктурного анализа от длительной рутинной процедуры приготовления нескольких изоморфных белковых производных тяжелых атомов, но практически сняло проблему изоморфизма. И, наконец, применение в кристаллографии белков синхротронной радиации, несравненно более мощного излучения рентгеновской трубки, снизило, по крайней мере, на два-три порядка время экспозиции. Значение этого факта трудно переоценить, так как для установления трехмерных структур на атомном уровне впервые стали допустимыми промежуточные соединения физиологических реакций. Если до недавнего времени рентгеноструктурный анализ являлся фактически единственным прямым методом исследования нативных конформаций белковых молекул с атомным разрешением, то сейчас он становится источником (также единственным) столь же детальной информации о пространственном строении промежуточных соединений.
Таким образом, ближайшие перспективы экспериментального изучения пространственного строения белков, если судить по наметившейся тенденции, будут определяться достижениями в использовании синхротронной радиации. Существенных результатов можно ожидать от совместного применения рентгеноструктурного анализа белков с методами малоуглового рассеяния, криомикроскопии и многочисленными методами молекулярной спектроскопии. Среди последних ценен метод ЯМР, быстро прогрессирующий в последнее десятилетие. Его применение на гетероатомах и использование трехмерной спектроскопии ЯМР привело к упрощению анализа спектров и повышению его информативности в исследовании сложных структур.
1.3. СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ БЕЛКА
Влияние, которое оказали результаты рентгеноструктурного анализа белков на изучение их фракций, детально рассматривается в следующем томе настоящего издания. Здесь хотелось бы обратить внимание на то, что наличие уже в течение нескольких десятилетий уникальной структурной информации все еще не привело к концептуальному развитию или переосмыслению представлений о природе и принципах функционирования белков, сложившихся до становления кристаллографии макромолекул. Ставшие доступными данные рентгеноструктурного анализа о пространственном строении белковых молекул не вызвали качественных изменений в понимании биокатализа, гормон-рецепторных взаимодействий и многих других явлений. Функционирование биосистем молекулярного уровня не обрело строгой трактовки в рамках сформулированных ранее концепций ферментативных и иных реакций, равно как и последние не получили на основе структурных данных своей объективной оценки. По-прежнему, фундаментальные различия между обычными химическими реакциями в растворе и реакциями, осуществляемыми ферментами, продолжают видеться в напряжении и деформации субстрата при его сорбции в активном центре в сторону переходного состояния, в индуцированном соответствии и принудительных конформационных изменениях фермента, в его изна-
чальной или приобретаемой в процессе катализа неравновесности и т.д. Появление данных рентгеноструктурного анализа белков не изменило традиционной направленности энзимологических исследований "от функции к структуре" или "от сложного к простому". И это не случайно.
Отмечая редукционистский характер биологических исследований,
А. Эддингтон в 1958 г. писал, что согласно общепринятой точке зрения "все, достойное внимания науки, может быть открыто лишь путем рассечения объектов на микроскопические части" [6. С. 103]. Действительно, достигнутые в последующие десятилетия молекулярной биологией успехи оказались столь впечатляющими, что и сейчас цель проводимых исследований почти повсеместно отождествляется с "рассечением объектов на микроскопические части". Между тем, за это время ситуация претерпела качественные изменения, вызванные, прежде всего, развитием биологии молекулярного уровня. В немалой степени этому способствовали результаты рентгеновского анализа белковых молекул.
Кристаллическая структура белка - это очень сложным образом полученная и, по-видимому, самая дорогая во всех отношениях фотография. Представленное на ней изображение позволяет увидеть многие детали внутреннего устройства белковой глобулы. Но, как и любая другая фотография, она не раскрывает природы внутренних связей и принципы организации изображенного объекта, его возможного поведения при изменении внешних условий. Кристаллография белка - это морфология биосистемы молекулярного уровня. Для перехода к изучению физиологии белка одной фотографии кристаллической структуры белка, т.е. одной морфологии, недостаточно. На приведенной ниже схеме показана цепочка субординационных взаимоотношений между функцией белка (в данном случае, фермента) и его химическим и пространственным строением. Из схемы видно, что наблюдаемая структура белковой молекулы не имеет непосредственной связи с реализуемой каталитической функцией. Существующая же связь, во-первых, направлена не от функции к структуре, а от структуры к функции, т.е. в сторону, противоположную традиционному направлению поиска, и, во-вторых, включает три промежуточных звена и требует последовательного решения трех задач.
