Э. Фёршт - Структура и механизм действия ферментов (1128692), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Карта электронной плотности, полученная при низком разрешении (порядка Таблица й2 Разрешение н получаемая информацив Рааремеака, й (гй од км) Выявляемая стРуктуРа Общая конфигурация молекулы. Опирали в виде кнтеисивно рассеивающих луча палочек Полипептидный остов (обычно ие совсем четко) Боковые цепи (не совсем четка) Четкое разрешение боковых цепей. Разрешена плоскость пептидной группы. Расположение атомов определено с точностью ~0,4 А Расположение атомов определено с точностью ~0,! А — предельная точность, достижимая в настоящее время в кристаллографии Длины связей в небольших кристаллах измерены с точностью 0,005 А з,б З,О 2,6 0,77 4 — 6 А), в большинстве случаев дает представление лишь об общей конфигурации молекулы. При разрешении 3,5 А часто удается определить положение полипептидного остова, хотя и не совсем точно.
Разрешение З,О А при благоприятных условиях позволяет различить боковые цепи аминокислот и с той или иной степенью точности сопоставить их последовательность с электронной плотностью. При разрешении 2,5 А часто путем подгонки ТРЕХМЕРНАЯ СТРУКТУРА ФЕРМЕНТОВ 17 можно найти местоположение атомов с точностью ~0,4А.
Чтобы определить местоположение атомов с точностью 0,2 А, нужно иметь совершенные кристаллы и разрешение 1,9 А. Что зто означает на практике, видно из рис.!.2.Для получения высокого разрешения необходимо использовать при расчетах рефлексы, полученные при ббльших углах рассеяния, а из рисунка видно, что эти рефлексы очень слабы. Следует отметить к то- ТА му же, что большинство кристаллов дает худшую ди- 4А фракционную картину, чем представленная на рис. !.2. ай Кроме того, число рефлексов, которые необходимо иметь, возрастает при пере- ЛФ ходе, например, от разрешения 3 А к разрешению 1,5 А .::-:.:.„:ф,зф: ' ° в 2'= 8 раз, а объем затра- ".'=;.:.=,=,.Бючиваемых при этом усилий .- .-:ь",- возрастает еще больше вследствие ухудшения качества данных.
При разрешении, большем чем 2,5 А, метод изоморфного замещения при исследовании кристаллов белка становится неэффективным, поскольку включение тяжелых атомов в молекулу приводит к некоторым изменениям в ее структуре; кроме того, становится очень трудно определять небольшие изменения интенсивностей и без того крайне слабых рефлексов. В настоящее время разработаны машинные методы уточнения структуры, в которых используются значения интенсивностей, полученные при более высоком разрешении, и модельная структура, определенная при разрешении 2 — 2,5 А.
2. Структурные элементы белков Еще до того как была определена структура белковых кристаллов методом рентгеноструктурного анализа, Полннг и Кори теоретически установили структуру единиц, которые, как было впоследствии показано, являются основными строительными !3 ГЛАВА ! блоками белков [3]. Сначала они установили структуру кри. сталлов небольших пептидов, что позволило определить размеры и геометрию пептидной связи, а затем после построения точных моделей подобрали структуры, которые соответствовали рентгенограммам фибриллярных белков.
Дифракционные рент. генограммы фибрилл представляют собой не набор точек, как для трехмерных кристаллов, а ряд линий, соответствующих расстояниям между регулярно повторяющимися элементами структуры. Позднее этот метод построения моделей был использован Уотсоном и Криком при установлении структуры ДИК. а. Пептидная связь [3) Исследование кристаллов небольших пептидов показало, что пептидная связь плоская и имеет транс-конфигурацию (рис. !.3). Такое строение характерно для всех пептидных связей в белках О „Л н Н Рис !.3. Пеитиднвя связь. Все рвсстояния даны в аигстремах [3), о д' о, , н' С вЂ” !Ч +-э. С=И й' ~Н й' 'Н ( (.2) (за очень редким исключением). Планарность пептидной связи обусловлена значительным смещением неподеленной электронной пары азота к кислороду карбонильной группы. Связь С вЂ” М соответственно укорочена и имеет характер двойной связи, ко.
торый нарушается при повороте вокруг этой связи; при этом затрачивается энергия, равная энергии делокализации — 75— 88 кДж.моль-' ()8 — 2! ккал моль-') [3, 4) ТРЕХМЕРНАЯ СТРУКТУРА ФЕРМЕНТОВ б. Вторичная структура: а-спираль и 11-структура (3) Полипептидные цепи фибриллярных белков организованы в так называемую вторичную структуру, стабилизируемую водородными связями. В этих упо. рядоченных областях атом кислорода каждой пептидиой группы образует водородную связь с ЫН- группой соответствующей пептидной связи. При этом формируются структуры двух основных типов: а-спираль ( как показал рентгеноструктурный анализ фибрилл а-кератина) или р-структура (в случае 6-кератина).
Полипептидная цепь глобулярного белка также самопроизвольно укладывается с образованием локальных упорядоченных областей. На рис. Б4 изображена а-спираль. Она представляет собой ус. тойчивую структуру, в которой каждая амидная группа образует водородную связь с третьей от иее в любом направлении амидной группой. Группы С=О распола.
гаются параллельно оси спирали и почти точно напротив )х)Н-групп, с которыми они соединяются водородными связями. Боковые цепи аминокислот направлены под углом к оси спирали. На каждый виток приходится 3,6 аминокислотных остатка, шаг спирали — около 5,4 А. Вытянутая полипептидная цепь (рис. 1.5) может образовать комплементарные водородные связи с параллельной ей цепью, которая в свою очередь способна Рис. 1.4. Правая а-спирвль— структура, характерная яля моле кул белков. (Из книги Рвпппя 1., ТЬе пв1нге о! Ьхе сьегпгса! Ьопб. © 1939, 1940, Згб еб!1!оп © 1960 Ьу Согпе!! Пи!тета!1у.
С разрепгения Сотне!1 1!п!тегзну Ргезз.) соединяться с другой вытянутой цепью, в результате чего образуется складчатая структура. Существуютдве устойчивыеструк- ГЛАВА 1 туры такого типа: параллельная плоская р-структура, в которой все вытянутые цепи имеют одинаковое направление, и антипараллельная плоская Р-структура с чередующимся направлением цепей (рис.
!.6). Плоские связи при тетраэдрических атомах углерода образуют плоскую структуру. Рис. П5. Вытянутая полипептидная цепь. Водородные сзязи перпендикулярны плоскости рисунка, так ято а результате наложения параллельных цепей друг на друга образуется Р-структура. Рис. Пб. Дзе полипептидные цепи, образующие Р-структуру. Аналогпя.
ным образом можно присоединить следующие цепи. Данные, полученные из статистического анализа и опытов с синтетическими полимерами, показывают, что одни аминокислоты предпочитают находиться в составе спирали, тогда как другие дестабилизируют эту структуру [5]. Например, пролин не может быть встроен в спираль без значительного нарушения ее структуры. в. Изгибы в основной цепи ~6 — 9~ Другой часто встречающийся тип структуры образуется в тех местах, где основная цепь резко изменяет направление, образуя «р-изгиб» из четырех последовательно расположенных остатков. В этих случаях С=О-группа гцго остатка соединяется с по- ТРЕХМЕРНАЯ СТРУКТУРА ФЕРМЕНТОВ мощью водородной связи с [т[Н-группой (!+3)-го, а не (1+ +4)-го остатка а-спирали. Изменение направления цепи на 180', при котором может образоваться связь между двумя антипараллельными цепями складчатой структуры, осуществляется ®ОС 0 [ч' С Тил 1 7ил 77 Рис.
1.7. Три типа изгибов, обиаружеииые в белках. В структуре !1 остаток Х всегда ивлиетси глииииоы. [В[г!г!о11 з. Э., В[огс О, М., Э. гпо!ес. В1о!., 88, 187 1! 972) .1 двумя путями (типы ! и П, рис. 1.7). Тип П отличается тем, что в аминокислотной последовательности место третьего остатка должен занимать глицин. Искажение структурытипа ! приводит к возникновению изгиба типа П[, который может повторяться бесконечное число раз, образуя спираль, обозначаемую 3,0го (более компактную и менее стабильную, чем а-спираль; на виток втой спирали приходится 3,0 аминокислотных остатка, обРазующих стабилизируемые водородными связями петли из 10 атомов).
ГЛАВА Г 3. Построение белковых молекул из отдельных блоков Расшифровка структуры первых двух белков вызвала сенсацию, Оказалось, что единственная полипептидная цепь миоглобина образует ряд а-спирализованных палочек, чередующихся с участками, отличными от б-структуры, Затем было установлено, что субъединицы гемоглобина идентичны четырем цепям миоглобина (рис. 1.8). Однако по мере расшифровки структуры разнообразных белков картина становилась все более сложной.
Лизоцим и карбоксипептидаза — первые ферменты, структура которых была установлена, построены из а-спиралей и р-структур. Вскоре выяснилось, что молекула и-химотрипсина уложена почти целиком в виде б-структуры, за исключением двух а-спирализованных участков. Стало очевидно, что установить общие правила укладки полипептидных цепей очень трудно. Первые шаги в этом направлении сделаны лишь в настоящее время, когда определена структура около ста белков, Выявлены отдельные регулярно повторяющиеся структурные особенности. Развиваются методы классификации структур.
Предполагается, что большинство белков можно рассматривать в первом приближении как структуру типа сэндвича, каждый слой которой состоит либо из а-спиралей, либо из р-структур. Недавно Левитт и Чотиа [10) предложили простой и наглядный способ изображения таких структур (рис. !.9).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
