Osnovy_biokhimii_Uayt_tom_1 (1123309), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Рентгеноструктурный анализ белков Рентгеновские лучи имеют длины волн. соизмеримые с межатомными расстояниями. При изучении структуры белков часто используется рентгеновское излучение с длиной волны 0,1642 нм, возникающее прв облучении электронами атомов меди. При попадании рентгеновских лучей на атом происходит пх рассеяние (отражение), пропорциональное числу электронов, окружающих атом.
Таким образом, дифракция рентгеновских лучей тяжелыми атомами, обладающими более высокими атомными номерами, гораздо интенсивнее, чем легкими атомами. Любой кристалл можно рассматривать как трехмерный образец, в котором электронная плотность наиболее высока вблизи центров атомов и характеризуется низкими значениями или близка к нулю между атомами. е ОснОВные компоненты клнтки 186 Рис. 6.5. Рентгенограмма кристаллического миоглобина кашалота. Рефлексы образуют регулярную симметричную двумерную решетку. Приведена только чвсгь рентгенограммы. (С любезного разрешсния д-ра Джона Кзидрью.) На рис. б.б представлена типичная рентгенограмма кристаллического белка. Дифракционная картина представляет собой набор пятен, образующих регулярную двумерную решетку. Легко заметить, что существует определенная симметрия в характере расположения пятен на рентгенограмме.
Рентгенограмму получают следующим образом: небольшой кристалл белка в определенной ориентации помещают на пути тонкого пучка монохроматических рентгеновских лучей. При прохождении через кристалл лучи рассеиваются и попадают затем на фотопластинку, помещенную за крнсталлом. Приведенная иа рис. б.б картина представляет собой двумерную решетку, поскольку фотография была сделана в одной" плоскости, в то время как сам кристалл является трехмерным. Сопоставляя дифракционные картины на фотографиях, сделанных в; различных плоскостях, можно составить представление о пространственной структуре молекулы.
Имея серию рентгенограмм, подобных приведенной на рис. Б.5, можно измерить интенсивность рефлексов и расстояния между ними, что позволяет при соответствуюшей математической обработке этих данных построить карты электронной плотности. Такие карты в известном приближении характеризуют обгцую конформацию молекулы и позволяют при более точном анализе выяснить расположение в пространстве каждого тяжелого атома в молекуле белка (при условии, что известна еггь аминокнслотная последовательность). з.
Белки. иь 6.4. Вторичная структура 6.4.1. Геометрия пептидной связи Детальному изучению пространственной структуры белков предшествовал реитгеноструктурный анализ аминокислот и простый пептидов с целью точного определения длин связей и углов между ними в этих соединениях.
Обнаружена, что длина связи С вЂ” Х в пептпде гораздо меньше, чем во многих других соединениях. Это обстоятельство указывает на особый характер пептидной связи, которая частично обладает свойствами двойной связи, и вращение вокруг нее заторможена по сравнению с другими типами связей (Х вЂ” С„и С вЂ” С ), образующих остов палипептидной молекулы.
Пептидная связь является планарной и жесткой; опа обладает г(ис- или транс-конфигурацией относительно а-углеродных атомов, расположенных па обе стороны от этой связи. Однако транс-конфигурация более предпочтительна, поскольку она менее стерически затруднена )с-группами, чем Чпс-форма. Иа рис. 6.6 представлена пептидная группа в транс-конфигурации с указанием длпн связей и углов между ними. Исходя из структурных свойств пептидных связей, остов полипептидной цепи можно представить как ряд плоскостей„соединенных между собой связями )ч — С и С вЂ” С„(рис. 6.7). Вращенгге вокруг связей )ч — Си и С вЂ” Си также не нвляется полностью свободным вследствие взаимодействий несвязанных атомов. Кроме того, вращение вокруг связи )ч — Си лимитирует степень допустимага вращения вокруг связи С вЂ” Си и наоборот.
Угол иговорота вокруг связи С вЂ” Со называется углалг ф, а угол поворота йгяс. а а Ллины связей (в наггометрах) н углы между ними в районе пептиднов связи и прилегагощнх Си-атомов, Атомы, находящиеся в затемненной ойластн, .лежат в одной плоскости. (1)гсйегзоп й. Е., оегз А, Тйе 51гпс1пге апг) Аспоп о1 Ргогегпз, Натрет а Йоге, Рпы)зьегз, 1псогрога1ег), Меж Уог)г, 19а94 !. ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ КЛЕТКИ нонманмнм ганичем песне«анни« апммон 1З=О' и = гвен ея гвенов «онпвмпни Пп«нкс«1 нес на ванн мпомов Рнс. 0.7.
Геометрия двух соседних пептндных связей н допустнмое вращенне двух образованных ямн плоскостей. Углы ф н ф равны нулю, если плоскостн пептндных связей (заштрзхованные четырехугольники) копланарны. Справа — нереалнзуемые гнпотетнческне структуры, соответствующне конформацням с макснмальным перекрытнем контактных радиусов несвязанных атомов прн ей=О', ос==100' н ф-!8!Г, ф 0'.
1Ю1сйегзол к. Е., багз /., Тйе ь!гпс!пге апй Ас!!оп о! Рго1е)пз« Натрет Ь мовв, 1псогрога!ей, !«)еп«Уогй, 19Щ вокруг связи Х вЂ” Со — углом ~р (рис. 6.7). Реальные значения углов гр и яр в белках не являются произвольными, а та нли иная вторичная структура способствует определенным типам скручивание белковых молекул. Во всех белках, для которых были определены углы гр и ер, значения этих углов заключены в предполагаемых пределах. 6.4.2.
а-Спираль Одной из наиболее часто встречаюпгихся вторичных структур н одновременно одной из наиболее выгодных из ннх с учетом ограничений, налагаемых геометрией пептидной связи н допустимыми а. валки. ш. 18% Рис. 8.8. Схематическое изображение скручивания полипептидной цепи кальций- связывающего белка из мышц карпа. )ЧНг и СООН-концеаые остатки обозначены номерами 1 и 188. К-группы не показаны на рисунке, а том числе те из них которые связаны с двумя атомами кальция. В молекуле присутствует шесть спи-. ральных сегментов. (С любезного разрешения Д. Ричардсон.) изменениями углов Ч! и гр, является правая а-спираль. Первоначально было высказано предположение, что такая спираль существует в белках; однако ее присутствие в глобулярных белках установлено только после определения структуры миоглобина.
На рис. 6.6 схематически изображено скручивание полппептндной цепи кальцийсвязывающего белка из мышц карпа, в том числе показангь шесть а-спиральных участков молекулы. Одна из спиралей образована остатками от 40-го до 51-го (рис. 6.9). При скручивании полипептидной цепи в а-спираль на один ее виток приходится 3,6 остатка, а шаг спирали составляет -0,54 нм.
Эта структура в значительной степени стабилизирована водородными связями, образованными между — СО- и — ИН-группами пептпдных связей в спирали. Хоти с помощью рентгеноструктурного анализа нельзя локализовать атомы водорода в белке, еше одним доводом в пользу Г. ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ КЛЕТКИ Рнс. 6.9.
Модель одного нз спиральных сегментов (остаткн 40 — 51) в кальцнйсвязывающем белке нз мышц карпа. Лентой со стрелкой обозначена часть остова почяпептядной цепи, соответствующая одному витку а-спнралн. Длины связей н углы между ними покззаны с помощью стержней, соединяющих атомы С, Х н О. нзобрзжепных в виде шариков. Водородные связн, образованные между Н-атомами, связанными с злектроотрнцзтельнымн атомамя азота, н О-атомамя, отмечены штриховыми линиями.
Атомы водорода не показаны на рисунке. Блнжзйшзя к чнтателю сторона спнралн гндрофнльна н участвует во взаимодействии с растворнтелем; протнвоположная сторона спнрзлн гндрофобна н содержит боковые цепи, образуюшне гндрофобную область (см. рнс. 6.15). (С любезного разрешення Д. Ричардсон.) существования водородных связей в а-спирали служит высокая корреляция между предполагаемой длиной водородной связи и расстоянием между соседними — СО- и †)х)Н-группами, определенными этим методом. Накоплен также ряд доказательств (помимо кристаллографических) присутствия водородных связей в белках. В некоторых белках, например в миоглобине и гемоглобине, обнаружены длинные а-спиральные участки. Однако иногда спирали составляют лищь небольшую часть полнпептидной цепи или вообще отсутствуют в ней.
Некоторые аминокислоты, например пролин, глицин, тирознн и аспарагин, способствуют дестабилизации а-спирали. Другие же аминокислоты, такие, как алании, лейцин, гистидин, метианин, глутамин, триптофан, валин, глутаминовая кислота и феннлаланин, благоприятствуют образованию а-спирали„ особенно если они следуют одна за другой в полипептидной цепи. 19!' а. валки.
Нс 6.4.3. Складчатые листки Другой тип вторичной структуры — [)-структура или складчатый листок. В белках обнавужено два вида складчатых листков; / ! / / / лс сн НС-ЛС ЛЛС.СН лс-сн лс-сн ас-сн с =-. о==о...-н.-ь[ „,,С'-=-о с--, с. с н-.н' чс --о -"н-.~' "-н-. "' ''.н-- /г '"н / --н -н' нс.лс Лс.сн нс-лс нс-лс нс-лс нслс / / / / / ° о=-с: н — н""о=="с: .о=с о=с' о=с Ъ ."- Ъ,, 'н--н"..о= — с 'н — н" и — н' "н — н' чн — н' / лс-сн нс-зс лс-сн лс-сн лс.сн ас-сн / с.—.-.о....н..й С'==о..., ==о.„ 7=о.. гс'=о., 'с;=-о. "н — Нж нт иг "'"-мх "и-М' / нс.ас Лссн нс-лс нс-лс нсчтс нс-Лс / / / / / Рис.
6.10. Схематическое представление 6-структур. Слева — аитипараллельиый складчатый листок, справа — пзраллельиый складчатый листок. [Раявлй У, Со- геу К В., Ргос. Хай. Асзб. Ясй 1)БА„37, 729 — ?40, !96Ц Рис. 6.!!. Схематическое изображеияе скручивания полипептидиой цепи супероксидлисмутазы из зритроцитов быка, Белок содержит !51 амииокислотиый остаток, одну лисульфядиую связь (виутрицепочечиую) и па олиому атому мели и цинка.
Стрелками покзззио иаправлеиие полипептидпой цепи от ИНз- до СООН-концевого остатка в тех областях, которые участвуют в образовзиии складчатых листков. Нативиый фермеит состоит из лвух ядеитичкых цепей или субъедиииц, каждая из которых обтекает показаииой иа рясуике коиформацией. Б глобуляриых белках складчатые листки ие плоские; аитипараллельиые складчатые листки часто располагаются в форме цилиндра, как, например, в данком случае. (С любезиогс разрешения Д.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
