Молекулярная биология гена - Уотсон Дж.
Скачать (прямая ссылка):
ныыи парами, то она оказывается очень устойчивой при комнатной температуре.
Те же принципы лежат и в оспове устойчивости большинства белков. Стабильная форма белковой молекулы никогда не определяется лишь одной или двумя слабыми связими, а всегда — совместным действием большого числа слабых связей.
С повышением температуры (за пределы физиологической) кооперативно организованные водородные связи становятся все менее устойчивыми. При этом возрастает вероятность одновременного разрыва нескольких слабых связей После разрыва значительного числа связей молекула обыч-по теряет свою исходную форму (процесс денатурации) и приобретает неактивную (денатурированную) конфигурацию.
ПОЧТИ ВСЕ КРУПНЫЕ БЕЛКОВЫЕ МОЛЕКУЛЫ
II БОЛЬШИНСТВО МОЛЕКУЛ СРЕДНЕГО РАЗМЕРА ПРЕДСТАВЛЯЮТ СОБОП( АГРЕГАТЫ, ПОСТРОЕННЫЕ ИЗ MEIILUIIIX ПОЛИ11ЕПТИДНЫХ ЦЕПЕЙ
Выше мы подчеркивали, какое огромное значение для выяснения структуры макромолекул имело то обстоятельство, что макромолекулы — это полимеры, построенные из небольших регулярных мономеров, например из аминокислот. В настоящее время установлено, что большинство очень крупных белковых молекул представляет собой агрегаты из нескольких полипентидпых цепей, содержащих до 400 аминокислотных остатков В ор1апизме млекопитающих имеется, нанримср, белок ферритин, который служит резервом атомов железа. Его молекулярный вес равен 480 ООО, однако молекула его состоит не из одной длинной цени, насчитывающей около 4000 аминокислот, а из двадцати цепей но 200 аминокислот в каждой. Белковому компоненту вируса табачной мозаики приписывали впа-чале чудовищпый молекулярный вес: 36 000 000. Позднее, однако, оказалось (гл 15), что белковая оболочка каждой вирусной частицы состоит из 2150 одинаковых белковых субъединиц, содержащих по 158 аминокислот каждая. Даше белки со значительно меньшим молекулярным весом часто оказываются построенными из нескольких полипептидных цепей. Молекула гемоглобина (мол. вес 64 500) состоит из четырех полипептидных цепей (две сс-цепи и две fi-цепи), каждая из которых имеет молекулярный вес около 10 000.
В молекулах трех упомянутых белков, так лее как и во многих других, субъединицы удерживаются вместе вторичными связями. Этот факт был установлен с помощью агентов, о которых известно, чго они разрывают только вторичные связи (таким агентом является, например, мочевина). Однако иногда субъединицы могут соединяться и при помощи ковалентных связей. В молекуле инсулина, папример, между двумя полипептидными цепями образуются дисульфидные связи (—S—S—).
СУГ.ЪЕДИНИЦЫ ЭКОНОМИЧНЫ
Построение полимеров из мономерных единиц и использование самих полимерных молекул в качестве субъединиц для построения еще более крупных молекул отражает некий общий принцип образования сложных структур, действующий в живой и неживой природе.
Преимущества этого принципа определяются тем, что вред от ошибок, допущенных в процессе созидания, оказывается значительпо меньшим, если не все неправильные детали включаются в готовый продукт Сравним, например, два различных пути построения сложной молекулы, содержа-
щей 1 ООО ООО атомов. По схеме а мы построим структуру сразу, присоединяя атом к атому; по схеме б мы вначале построим 1000 небольших субъединиц, состоящих каждая из 1000 атомов, а затем объединим эти субъединицы в конечный продукт, т. е. в агрегат, построенный из 1 000 ООО атомов Допустим, что в обоих случаях мы совершаем случайные ошибки и что вероятность попадании какого-нибудь атома в неправильное положение равна 10“5. Примем также, что каждая ошибка ведет к образованию пеактивпого продукта.
По схеме а на каждую молекулу продукта придется в среднем по
10 ошибок, и, следовательно, мы вообще почти ие получим активных молекул. В то же время по схеме б количество неправильно построенных субъединиц составит всего только 1 %. Если при построении макромолекул эти субъединицы могут быть как-то исключены, то активный продукт легко образуется н клетка вообще практически никак не ощутит присутствия 1% неактивных субъединиц Этот принцип лежит в основе работы сбороч ных ногочпых линий, используемых в радиопромышленности и на автомобильных заводах. На каждой стадии сборки негодные полуфабрикаты отбрасываются. Раньше это делалось вручную, а теперь ту же роль на многих участках выполняют автоматы. В клетке контроль часто обеспечивается высокой специфичностью ферментов; если, например, прн сборке полимера попадается неправильно построенный мономер, то он обычво не включается в макромолекулу, так как иолимеризующий фермент «не узнает» такой мономер В других случаях неправильно построенные субъединицы бывают лишены способности спонтанно включаться в устойчивый молекулярный агрегат, что также обеспечивает их «выбраковку».
ПРИНЦИП САМООРГАНИЗАЦИИ
Небольшая величина AG (1—5 ккал/моль), характерная для образования слабых связей, означает, что снонтапно образоваться могут не только одиночные слабые связи, но и сложные структуры, стабилизируемые такими связями. Под влиянием теплового двнженвя раскрученная поли-нептидмая цель может принимать самые разнообразные случайные конформации. С термодинамической точки зрения большая часть этих кон формаций нестабильна. Однако тепловое движение неизбежно приводит в соприкосновение группы, способные к образованию прочных вторичных гвязей. Эти группы стремятся и в дальнейшем оставаться вместе, так как при их объединении теряется болыао свободной энергии, чем может быть получено при разрыве связей. Таким путем, в результате ряда случайных движений, нолинеитидиая цепь постепенно приобретает конформацию, в которой все или почти все атомы имеют фиксированное положение.
