Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.2. Пространственное строение белка (947295), страница 10
Текст из файла (страница 10)
В обычных условиях твердый образец имел правую а- спираль. Однако при его нагревании в течение нескольких часов при 170' в вакууме появляется новая форма. имеющая отличную от а- спирали картину рентгеновской дифракции. Характерные для а-спирали меридиональные рефлексы 1,5 и 5,4 А сместились соответственно к 1,3 и 5,3 А, а экваториальные рефлексы теперь лучше отвечают не гексагональной упаковке цепей, а тетрагональной. Рентгенограмма поли-р-бензил-Ь-аспартата хороню согласуется со спиралью 4гь предложенной Брэггом, Кендрью и Перутцем [561.
В одном витке этой спирали, названной <о, укладываются точно четыре остатка, а бензольные кольца боковых цепей располагаются под углом 54' к оси 4-го порядка. У ы-спирали водородные связи нелинейны, а пептидные группы несколько отклоняются от плоской конфигурации. Перекристаллизация образца в хлороформе возвращает структуру к правой спирали. В смеси хлороформа и уксусной кислоты поли-р-бензил-Ь-аспартат имеет форму левой а-спирали. Таким образом, у этого полимера конформационное равновесие включает правую а-спираль, ы-спираль, левую а-спираль и беспорядочный клубок. Спираль 4„наблюдалась Фразером и соавт.
также у поли-Я-бензилтио-Ь-цистеина; в то же время поли-8-бензин-Ь— цистеин имеет а-спнральную форму [1491. Поли-у-бензил-Ь-глутамат был первым синтетическим полимером, полученным в высокоориентированной форме, которая была изучена методами рентгеновской дифракцни и инфракрасных спектров в поляризованном свете [50, 97[. Полученные данные свидетельствовали в пользу а-спиральной формы полимера в твердом состоянии. Е.
Брэдбери, К. Бэмфорд, А. Эллиотт, Е. Амброзе и соавт. [147, 148, 150— 152], Э. Блоут, Г. Фасман и соавт. [99, 100, 153 — 155[, П. Доти и соавт. [1011 подробно исследовали вопрос о стабильности а-спирали поли-8-бензил-Ь-глутамата. Выше отмечалось, что поли-р-бензил-Ь-аспартат в растворе хлороформа и дихлоруксусной кислоты образует не правую а-спираль, а левую. Такая структура этого полимера по сравнению с правой спиралью поли-7-бензил-Ь-глутамата менее стабильна.
Разница в конформационной энергии спиралей с противоположными закрутками у поли-[3-бензин-Ь-аспартата менее существенна 34 по сравнению с поли-у-бензил-Е-глутаматом, Изучение поли-у-бензил-1 глутамата сыграло исключительно важную роль в утверждении а- спиральной концепции Полинга и Кори. Полимер исследовался в разных агрегатных состояниях многими авторами, использовавшими самые разнообразные методы. В результате было показано, что поли-у-бензил-Е-глутамат в растворе в зависимости от природы растворителя и молекулярной массы может принимать две регулярные конформации— а-спираль и [3-структуру — и находиться в состоянии флуктуирующего клубка. В, Луццати и соавт. применили новый метод рассеяния рентгеновских лучей под малыми углами для определения трансляционного параметра на остаток у полимера в растворе [156, 157[.При малоугловом рассеянии он рассчитывается из опытного значения отношения массы полимера к его длине.
В концентрированном растворе поли-убензил-Е-глутамата в пиридине трансляционный параметр составил 1,5 А, что точно отвечает а-спирали. В разбавленном же растворе Луццати и соавт, получили значение 1,9 А и пришли к выводу, что в этих условиях полимер принимает более вытянутую, чем а-спираль, форму, а именно спираль Зш. Спираль с тремя остатками на виток и с водородной связью типа 4 — ь 1, замыкающей 10-членный цикл, впервые была предложена Хаггинсом [32[ и Тейлором [41[. Своеобразное пространственное строение имеют поли-Е-пролин и полиглнцин. В твердом состоянии и в растворах поли Е-пролив был обнаружен в двух пространственных модификациях, которые отличаются как от а-спирали, так и от б-структурьь Строение твердого поли-Е- пролина П исследовали П.
Кован и соавт, с помощью рентгеноструктурного анализа; полимеру была приписана форма левой спирали с винтовой осью третьего порядка, в которой все пептидные группы находятся в транс-конфигурации [158, 159). Спираль поли-Е-пролина 11 содержит три остатка на виток, высота которого составляет 3,1 А. Позднее эти параметры были подтверждены В. Сасисекхараном [160, 1611. Структура поли-Е-пролива 11, согласно наблюдениям Е. Качальского и соавт., стабильна в водном растворе [162 †16. В растворах уксусной и муравьиной кислот полимер принимает иное строение [1). Происходящий в этих средах конформационный переход объяснен вращением вокруг связей Х вЂ” С' с изменением у пептидных групп транс-конфигурации на иис-конфигурацию.
Энергия активации перехода, согласно А. Даунье и А. Рэндаллу, почти такая же, как резонансная энергия амидной группы [1651. У. Трауб и Ю. Шмуэли изучили картину рентгеновской дифракции поли-Е-пролина [1660 Авторы пришли к выводу, что эта модификация имеет форму правой спирали с 3,3 остатками на виток, шагом 1,9 А и цис-конформацией пептидных групп.
Таким образом, поли-Е-пролин не образует а-спнрали. Наблюдаемый факт был объяснен двумя причинами. Во-первых, остаток пролина не содержит ХН-группы и поэтому не может образовывать водородной связи, которой в то время все еще придавалось исключительное значение в стабилизации а-спирали.
Во35 вторых, пятичленный цикл остатка при его вхождении в а-спираль будет иметь плохие контакты с атомами предшествующих пептидных групп третьего и четвертого остатков. Поэтому пролин в а-спирали может находиться только на ее Х-конце, занимая первое или второе положение.
А. Сент-Дьердьи и К. Коэн обнаружили обратную зависимость между содержанием пролина и а-спиральным содержанием у фибриллярных белков а-группы ]г.ш.е.й [167]. Полиглицин выкристаллизовывается в зависимости от природы растворителя также в двух различных формах (1 и П). Полиглицин 1 дает картину рентгеновской дифракции, типичную для р-структуры.
Рентгенограмма полиглицина П точно не соответствует ни одной ранее обнаруженной структуре. Ф. Крик и А. Рич предположили, что полиглицин образует не одноцепочечную спираль, как все гомополипептиды, а скрученную трехцепочечную спираль [168]. Каждая нить этой структуры представляет собой правую спираль с тремя остатками на виток и шагом 3,1 А, похожую на спираль поли-Ь-пролива П. Скрученные в большую спираль пептидные цепи связаны вместе пространственной сеткой из трех наборов водородных связей, расположенных перпендикулярно оси волокна. Большая спираль имеет винтовую ось третьего порядка. Структура полиглицина И в виде трехцепочечного жгута была подтверждена данными электронной микроскопии, полученными А.
Мегги и Дж. Сикорским [169]. В заключение отметим наиболее важные результаты общего характера, полученные приблизительно за пятнадцатилетний период (1950— 1965 гг.) экспериментального исследования пространственного строения синтетических полипептидов. 1. Разработаны методы приготовления образцов синтетических полипептидов в виде хорошо ориентированных пленок и волокон. 2. К изучению полипептидов привлечены практически все известные методы, позволяющие получать прямую или косвенную информацию о строении молекул в твердом состоянии и растворе.
Наиболее интересные данные были получены с помощью рентгеноструктурного анализа, методов рассеяния рентгеновских лучей под малыми углами, дисперсии оптического вращения, кругового дихроизма и дейтерообмена обычных и поляризованных инфракрасных спектров. 3. Разработана общая теория дифракции рентгеновских лучей на спиральных структурах, позволяющая из рентгенограмм получать значения параметров, непосредственно характеризующих геометрию спирали. 4. Изучено пространственное строение гомополипептидов почти всех природных и многих синтетических а-аминокислот и их сополимеров в твердом состоянии и в растворе. 5, У синтетических полипептидов обнаружены следующие типы структур: правая и левая а-спирали, р-структура складчатых листов, спирали 4~з (ы), 4, 4ьз (п)и Зш, структуры полн-(.-пролина 1 и П, полиглицина [[и беспорядочный клубок.
6. Показано, что каждый из исследованных полипептидов в зависимости от внешних условий обладает способностью принимать 36 различные структуры н изменять положение конформационного равновесия. Структура твердого полипептида в каждом конкретном случае определяется молекулярной массой, способом приготовления образца, природой растворителя, нз которого он выделяется, свободным, растянутым или сжатым состоянием образца, температурой и предварительной термической обработкой.
Конформацнонное состояние полипептида в растворе зависит от природы растворителя, концентрации, степени полимеризацин, температуры, значений рН и ионной силы раствора. Изменение положения конформационного равновесия представляет собой своеобразное внутримолекулярное плавление, кристаллизацию и перекристаллнзацию, подобно фазовому переходу первого ряда. В силу кооперативности этого процесса все промежуточные состояния между полностью упорядоченными структурами и полностью неупорядоченным статистическим клубком являктгся переходными структурами. 7. Обнаружено, что однородные по аминокнслотному составу участки цепи в сополимерах могут принимать конформации, не наблюдающиеся у гомополипелтндов. 8.
Из полученного при исследовании синтетических полипептидов огромного экспериментального материала хотя и не было сделано обобщающих представлений о причинах стабильности регулярных структур, тем не менее стала очевидной необходимость привлечения новых факторов для ее объяснения. Из опытных данных следовала ограниченность концепции, согласно которой регулярные структуры поддерживаются исключительно водородными связями между пептидными группами. Такие факты, как наличие а-спирали в водной среде, реализация спиральных структур у полипептидов, основная цепь которых лишена возможности образовывать внутренние водородные связи, относительная легкость перехода спираль-клубок и разрушение спиралей при изменении состояния боковых цепей и т.д., свидетельствовали о том, что пептидная водородная связь по меныпей мере не является единственной причиной, ответственной за стабильность регулярных структур.
В результате начинает постепенно формироваться представление, что конформационная стабильность пептидов определяется совокупностью многих факторов. Среди них выделяют взаимодействия пептидных групп между собой, боковых цепей друг с другом и с пептидным остовом, с молекулами растворителя, которые могут иметь различную природу. В чисто качественном плане и пока неснсгематически обсуждаются роли ван-дер-ваальсовых контактов н дисперсионного притяжения, ионных пар и их электростатических эффектов, водородных связей между основной и боковыми цепями; большое значение начинают придавать гидрофобным связям. Несмотря на это, доминирующей все еще остается концепция об исключительной роли пептндных водородных связей в устойчивости регулярных структур. 9.
Результаты исследования синтетических полипептидов н полученные к этому времени данные о структурах фибриллярных и глобулярных белков не противоречили общепринятому мнению о том, 37 что пространственное строение представляет собой ансамбль, состоящий из унифицированных регулярных блоков вторичных структур, прямую информацию о геометрии которых могут дать высокомолекулярные полипептиды. Такое представление не только не было поставлено под сомнение, но еще более укрепилось. В 19б7 г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
