Молекулярная биология гена - Уотсон Дж.
Скачать (прямая ссылка):
Вероятно, самым важным вкладом физической химии в изучение биологических макромолекул было изобретение в 1920 г. ультрацеи-трифуги (т. е. центрифуги с большими скоростями вращения, что обеспечивает быструю седиментацию белков и нуклеиновых кислот). Этот прибор изобрел шведский ученый Сведберг. именем которого названа единица седиментации (ее обозначают символом S). Ультрацентрифуги, снабженные оптической системой регистрации, позволяют точно измерять скорость седиментации молекул в растворе. Это дало возможность определить молекулярные веса ряда белков и прийти к заключению, что белки, подобно низкомолекулярным соединениям биологического происхождения, представляют собой дискретные (в отношении веса и формы) классы молекул. Одновременно было показано, что молекулярные веса белков сильно варьируют в пределах от 10 000 до 1 000 000.
IIHIМЕНЕШ1Е X РОМАТОГРАФИН
В начале XX в. работами выдающегося немецкого химика Эмиля Фишера было установлено, что молекулы белков построены из аминокислот, соединенных между собой пептидными связями. Однако выяснение точного порядка расположения аминокислот в белках оставалось до 1951 г. неразрешимо трудной задачей. Это объяснялось частично тем, что встречающиеся в природе 20 различных аминокислот входят в состав различных белков в разных соотношениях. До 1942 г. проблема разделения и идентификации аминокислот представлялась очень сложной п поэтому большинство химиков-оргаииков предпочитало работать с более простыми молекулами.
Положение резко изменялось в 1942 г., когда английские ученые Мартин и Сипдж изобрели метод разделения аминокислот в двух разных растворителях (распределительная хроматография). Особенно плодотворной оказалась методика разделения па полосках бумаги. Благодаря ей количественным анализ аминокислотного состава белков превратился в обыденную лабораторную процедуру. Новыми методами немедленно воспользовался английский биохимик C.iигер. Оп применил их для выяснения первичной структуры белкового гормона инсулина (гл. 4). Работа Сэн-гера явилась важной вехой па пути изучения белков. Она показала, что каждый индивидуальный тип белкопых молекул характеризуется определенной последовательностью аминокислот.
КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ БЕЛКА
Tie менее важную роль сыграло использование реитгеноструктуриого анализа. Метод реитгеноструктуриого анализа основан на дифракции рентгеновских лучей кристаллами; исследование дифракционных картин позволяет иол учить данные о расположении в пространстве всех атомов изучаемой структуры. Первый успех в применен и и рентгеноструктурного анализа связан с именем английского ученого Брэгга, исследовавшего в 1912 г. структуру кристаллов NaCl. Этот успех немедленно вызвал к жизни поток новых исследований на более сложных объектах.
В ранних работах по рештеиоструктурному анализу малых молекул поступали следующим образом: сначала строили предположении относительно возможной структуры и расчетным путем получали дифракционные картины для этой структуры, а затем сопоставляли опытные и расчетные данные. Такой способ вполне практичен, когда речь идет об относительно простых структурах, по обычно он оказывается непригодным при исследовании более сложных молекул. Потребовалась вся огромная проницательность, проявленная Брэггом, а также крупным американским химиком Полингом, чтобы выяснить (в 20-х годах) структуру некоторых сложных неорганических силикатов. Было ясно, одпако, что молекулы белков слишком сложны для того, чтобы их трехмерную структуру могли «угадать» даже самые лучшие химики. Исследователи, изучавшие белки при пимощи реитгеноструктуриого анализа, отдавали себе отчет в том, что до появления каких-либо новых методов они так и не смогут удовлетворить любопытство биохимиков, жаждущих узнать, что же все-таки представляют собой белки.
Первые серьезные исследования белков методом рептгеиоструктур-пого анализа начались в середине 30-х годов в лаборатории Пернала в Кембридже (Англия). Здесь было показано, что очень хорошие результаты часто можно получить, если вести работу не с сухими, а с влажными кристаллами белка. К сожалению, в то время еще не представлялось возможным дать логически обоснованное истолкование полученных данных. И тем не менее ученик Бернала, Перутц, предпринял начиная
с 1937 г. настойчивые исследования с целью установить структуру белка гемоглобина. Гемоглобин был выбран по ряду причин — не только потому, что это важнейший белок животных, но гакжо еще и потому, что его легко получить в значительных количествах п что он образует кристаллы, которые прекрасно подходят для рентгеиоструктурного анализа. Одиако многие годы ни Перутцу, работавшему с гемоглобином, ни Кендрыо, начавшему в 1947 г. изучать мышечный белок миоглобнн, не удавалось получить существенных результатов. Мяо глобин, подобно гемоглобину, способен соединяться с кислородом, но обладает тем преимуществом, что его молекулы в 4 раза меньше (мол. вес 17 ООО).
R течение всего этого бесплодного периода можно отметить лишь одно достижение. Полинг, исходя из стереохимических соображений, сделал правильное предположение, что аминокислоты, связанные в поли-пептидную цепь, должны стремиться к образованию спиральных конфигураций; развивая эту мысль, он в 1951 г. указал, что спиральная конфигурация цепи, которую он назвал а-спиралыо (более подробно об этом см. в гл. 1), должна быть важнейшим элементом в белковой структуре. Правильность теории Полинга была вскоре подтверждена Перутцем, который показал, что синтетические полипептиды, построенные из остатков только одной аминокислоты, существуют в виде а-спиралей.
