Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.2. Пространственное строение белка (947295), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Поэтому для получения представления о структуре фермент-субстратного комплекса была построена модель, в которой к 01сХАс были добавлены еще три сахарных остатка (рис. 1.3). При построении модели Филлипс и сотрудники считали, что атомы четвертого сахарного кольца (Р) будут образовывать слишком близкие, неблагоприятные контакты в том случае, если при этом не будет деформирована наиболее стабильная конформация кольца Р (кресло) до напряженной конформации полукресла.
В остальных участках возможность образования удовлетворительных взаимодействий была очевидной и модельный субстрат вписывался в структуру щели без изменения (рис. 1. 4). Предположение о деформации кольца 0 при посадке субстрата в активный центр согласовывалось с предлозкенным К. Верноном в 1967 г, химическим механизмом катализа лизоцима, по которому требуется ослабление расщепляемой связи между сахарными кольцами Р и Е 12221. Позднее Филлипс и соавт. получили кристаллическую структуру комплекса лизоцима с аналогом переходного состояния субстрата — тетрасахаридлактоном 12231. Плоское лактонное кольцо по своему положению оказалось близким конформации четвертого кольца 0-гекса-Х- ацетилглюкозамина в модельном невалентном комплексе лизоцима.
Таким образом, полученные данные, казалось бы, убедительно подтверждают распространенное и сейчас представление о том, что при 52 бразовании комплекса Михаэлиса в молекуле субстрата за счет невалеитных взаимодействий возникает значительное напряжение и происходит серьезное искажение ее конформации в направлении геометрии переходного состояния.
Предположение о том, что фермент связывает субстрат с нарушением его конформации, было впервые высказано в 1930 г. Дж. Холдейном 1224] и в 1946 г. детализировано Л. Полингом 12251. В согласии с идеей Холдейна и Полинга в концепции, предложенной в 1954 г. П Эйрингом, Р. Ламри и Дж.
Спайксом 12261, фундаментальное значение в ферментативном катализе придается напряжению и принудительной деформации субстрата, возникающим при сорбции и приводящим к перераспределению электронной плотности в определенной его части. Такая трактовка механизма биологического катализа получила название концепции "дыбы", или принципа "лилипугов". Частичная дестабилизация невалентного фермент-субстратного взаимодействия приближает структуру субстрата к переходному состоянию и тем самым снижает активационный барьер и увеличивает скорость последующей стадии каталитического акта 12271.
Рентгеноструктурный анализ белков и фермент-ингибиторных комплексов после классических работ Перутца, Кендрью и Филлипса стал развиваться быстрыми темпами во многих научных центрах, несмотря на то, что он по-прежнему оставался дорогостоящим, трудоемким и длительным. Через несколько лет стали известны третичные структуры химотрипсиногена, химотрипсина, рибонуклеазы, папаина, инсулина и многих других белков и их комплексов. Полученные с помощью рентгеноструктурного анализа данные о пространственном строении белков оказали огромное влияние на развитие исследований во многих направлениях молекулярной биологии. Стало очевидно, что без знания пространственного строения и конформационных возможностей белков нельзя понять природу и специфику их взаимодействий с другими молекулами и, следовательно, механизм их биологического действия.
Структурные исследования белков вошли в качестве необходимой составной части во все биологические исследования, ставившие перед собой достаточно серьезные цели. Они привлекли болыпое внимание к фундаментальному вопросу молекулярной биологии о соотношении между аминокислотной последовательностью и пространственной структурой белковых молекул.
В какой же степени новый экспериментальный материал о молекулярном строении десятка белков отвечал сложившемуся к тому вРемени представлению, которое так замечательно согласовалось с данными по миоглобину и гемоглобину? детально этот вопрос рассматривается в третьей книге, специально посвященной структурной организации белков. Сейчас лишь отметим, что все последующие результаты рентгеноструктурного анализа далеко не в полной мере отвечали взглядам на пространственную структуру белковой молекулы как на ансамбль канонических регулярных форм пептидной цепи, главным образом а-спиралей и Р-структур Глава 3 СОВРЕМЕННЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ РЕНТГЕНОСТРУКТУРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ БЕЛКОвз Предыдущая глава была посвящена одному из самых выдающихся нс только в биологии, но и во всем естествознании научных достижений уходящего столетия. На рубеже 1950 — 1960-х годов, как отмечалось.
Перутц и Кендрью завершили расшифровку трехмерных структур гемоглобина и миоглобина. Тем самым они впервые решили поставленную еще четверть века до этого Берналом задачу определения с помощью рентгеновской дифракции пространственного строения белковых молекул. Труд Перутца и Кендрью означал становление нового магистрального направления в развитии биологии — морфологии элементарных биосистем, открывающей невиданные доселе возможности в познании строения живой материи.
Рентгеноструктурный анализ белков после классических работ Перутца и Кендрью, а также Филлипса, установившего в 1965 г, трехмерную структуру лизоцима, стал развиваться быстрыми темпами во многих научных центрах. Спустя лишь два года после определения строения первого фермента были расшифрованы структуры рибонуклеазы А [228-230], а-химотрипсина [231) и карбоксипептидазы А [232]. К 1975 г. число белков, кристаллографические молекулярные структуры которых стали известны с разрешением <3,5 уз, достигло 79 [196]. В настоящее время оно превышает 2500 [233].
Среди многочисленных компонентов биосистемы молекулярного уровня белкам принадлежит исключительная роль в процессах, протекающих в клетках и организме. Поэтому получаемая с помощью рекггеноструктурного анализа информация о строении белков оказывает огромное влияние на развитие подавляющего большинства направленний молекулярной биологии.
Давно стало очевидно, что без знания пространственной структуры белков нельзя понять природу и специфичность их взаимодействий, представить и количественно описать механизмы процессов жизнедеятельности. Рентгеноструктурное изучение белков превратилось в неотьемлемую составную часть биологических исследований; оно определяет их научный уровень и значимость получаемых результатов. Данные о расположении атомов в нативных конформациях белков служат незаменимой экспериментальной основой всех поисков решений таких фундаментальных проблем молекулярной биологии, какими являются проблемы структурной и структурно-функциональной организации белковых молекул. Первая из них заключается в установлении связи между аминокислотной последовательностью и ее пространственной физиологически активной формой и динамическими конформацноннымн свойствами.
Следовательно, она включает в себя батор глубоко признателен В.З. Плетневу за помощь в подборе библиографическик материалов, использованных прн подготовке этой главы. также все вопросы, касающиеся структурной ренатурации в условиях ;и ч1гго и свертывания синтезируемых на рибосомах полипептидных ценен в условиях пз тгао. Вторая фундаментальная проблема, решение которой, как и первой, немыслимо без использования рснтгеноструктурного анализа, направлена на выяснение зависимости между биологическими свойствами белковых молекул и их строением. Учитывая активнейшую роль белков во всех процессах жизнедеятельности, их поистине универсальные биохимические и биофизические свойства, можно утверждать, что решение отмеченных проблем в общем виде, т.е.
создание теорий структурной и структурно-функциональной организации белковых молекул и соответсгвующих расчетных методов, будет означать становление строго количесгвенной теоретической биологии, не уступающей в этом отношении теоретической физике. В настоящее время кристаллография белка является экспериментальной основой теоретических и эмпирических подходов к изучению структуры и функций не только отдельных молекул, но и значительно более сложных биологических систем.
По про1псствии более трех десятилетий со времени публикаций Перутца и Кендрью по гемоглобину и миоглобину рентгеноструктурный анализ все еще остается единственным прямым методом определения на атомном уровне пространственного строения белковых молекул и их комплексов. Многие вопросы, касающиеся достоинств и ограничений метода, его роли в развитии молекулярной биологии и применения в исследовании целого ряда конкретных направлений, обсуждаются во второй и третьей частях книги, а также в последующих томах серии. В этой и следующей главах в краткой форме рассматриваются результаты рентгеноструктурных исследований белков, которые в чемто, например, сложности объектов анализа, их особой познавательной ценности или прикладной актуальности, точности определения координат атомов или каких-то методологических и препаративных новшеств, являются на сегодняшний день наивысшими достижениями.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
