Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.2. Пространственное строение белка (947295), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

К. Мейер и Г. Марк изучили дифракционную картину фиброина шелка и пришли к выводу, что оиа значительно лучше соответствует полипептидному строению белка, чем дикетопиперазиновому, принятому Герцогом, Янке и Бриллем. Они интерпретировали интенсивный рефлекс, характеризующий расстояние между слоевыми плоскостями в 7,0 А, как период идентичности полностью вытянутой цепи с транс- конфигурацией пептидиых групп. Они считали, что цепь ориентирована параллельно оси волокна, а боковые цепи Кь Вт..., В„располагаются соответственно вьппе и ниже плоскости цепи.

В этом случае длина цепи на аминокислотный остаток составляет 3,5 А. Рефлекс 7,0 А представляет собой скелетный внутрицепочечный период идентичности с , полифункциональными боковыми цепями. Появление данного рефлекса в дифракционной картине фиброина шелка Мейер и Марк (в согласии с пептидной теорией Фишера и результатами химического исследования этого же белка) связывали с чередованием в белковой цепи остатков глицина и аланина. Молекулярную организацию фиброииа шелка авторы представили в виде пакетов.

Было отмечено, что в противо- положность целлюлозе, каучуку, полистнролу и другим высокомолекулярным соединениям, построенным повторением одного н того же элементарного звена (гомополимерам), белки содержат около 20 различных звеньев в линейной цепи и, следовательно, являются гетеро- полимерами. Авторы, правда в осторожной форме, делают важное заключение: "Не будет ошибочным сопоставление особого биологического значения белков с их внутримолекулярным многообразием" [2.

С. 5 Ц, Таким образом, в период наивысшего расцвета дикетопиперазиновой теории Н.Д. Зелинского, В.С. Саднкова и 3. Абдергальдена на основании результатов физических экспериментов К. Мейер и Г. Марк приходят к представлению о белковой молекуле как о длинной полипептидной цепи, состоящей из определенного количества и определенным образом расположенных амннокислотных остатков. Все свойства белков, считают они, в конечном счете обусловлены структурой этой цепи. О, Кратки (1929 г.) выделил высокоориентированную, кристаллическую часть фнброина шелка и исследовал на ней дифракцию рентгеновских лучей,Он определил параметры моноклинной элементарной ячейки, предположив, что через ячейку проходят четыре параллельные полипептидные цепи нз остатков аланина и глицина.

О. Кратки рассчитал плотность белка; полученная им величина (1,46 г/смз) удовлетворительно совпала с известными тогда экспериментальными значениями (1,33-1,46 г/смз). Днфракционная карта и интенсивность рефлексов хорошо согласовывались с предположением о плоской структуре лолипептидных цепей и их параллельном расположении. По определению Кратки расстояние между цепями главных валентностей составило 4,4 и 4,8 А. Одним из самых распространенных структурных белков является коллаген.

Он входит в соединительную ткань и служит основным компонентом сухожилий, костей и связок. При продолжительном нагревании коллагена с водой он становится растворимым н превращается в желатин. Рентгеновскую дифракцию на коллагене из сухожилий впервые наблюдали Р. Герцог и У. Янке (1926 г.), а на желатине — П.

Шеррер (1920 г.), который пришел к выводу о его аморфном строении. Повторные исследования желатина Дж. Катцем и О, Гернгроссом (1925 г.) показали, однако, что наряду с интерференцией аморфной части он дает кристаллическую интерференцию. В растянутом состоянии желатин имеет диаграмму волокнистого вещества. Авторы сделали вывод, что при переработке коллагена в желатин его мицеллы, дающие такого вида дифракционную картину, существенно не меняются. Период идентичности по осн волокна у коллагена, согласно Н.

Сузиху, равен 8,4 А, а у фиброина шелка, по данным О. Кратки, — 7,0 А. Значительное различие этих величин свидетельствует о разной пространственной структуре коллагеновых и фнбронновых цепей, что, в свою очередь, указывает на различие в химическом строении. Ранее, в 1920 г., Г. Дакии определил аминокислотный состав белка сухожилия, Оказалось, что 25% приходится на глицин и приблизительно столько же на пролив и оксипролин (суммарно).

Рентгеновская диаграмма, а также оптическая анизотропия, расщепляемость волокон, различное набухание вдоль и поперек волокна свидетельствуют о том, что в направлении волокна действуют наиболее жесткие силы— главные валентности, а перпендикулярно — слабые силы межмолекулярных взаимодействий. К. Мейером обнаружено, что при нагревании вещество сухожилия сжимается в направлении волокна и приобретает эластичность [3]. При этом рефлексы в дифракционной картине, характерные для волокнистых структур, исчезают; при растяжении вещества они полностью восстанавливаются. К. Мейер провел аналогию между свойствами белка и каучука. В нагретом, сжатом состоянии белок по механическим свойствам сходен с аморфным каучуком, который получается при его нагревании.

В условиях нормальной температуры свойства белка напоминают свойства растянутого каучука. О. Гернгросс и Дж. Катц П 930 г.) наблюдали подобную зависимость н провели такую же аналогию между веществом сухожилия и каучуком. Из анализа результатов этих экспериментов Мейер и Марк сделали вывод, что белковые цепи прн особых обстоятельствах могут существовать в полностью растянутом, а при других — в изогнутом виде.

Отмеченные работы представляют собой первую попытку связать механические свойства белкового вещества с его химическим и пространственным строением. Дальнейшим развитием этого направления можно считать изучение Мейером мышечных белков. Было показано, что макроскопическое сокращение мускулов связано с изменением молекулярной формы белковых цепей. Проведя совместное механическое и рентгеиоструктурное исследование, Мейер пришел к заключению, что в ослабленных мускулах имеются параллельно ориентированные цепи главных валентностей, а в сокращенных их нет.

Он наблюдал днфракционную диаграмму у высушенного в растянутом виде мускула, типичную для волокнистой структуры, отвечающую аморфному состоянию. Такой интерпретации удовлетворяли данные опытов с замороженным белком. Растянутый мускул легко расслаивался при температуре жидкого воздуха вдоль предполагаемых волокон, тогда как сокращенный препарат в этих же условиях распадался на комочки.

По этому поводу' Мейер в 1930 г. писал: "Белковые цепи, скрепляющиеся друг с другом по всей длине мускула в определенных местах посредством молекулярных сил сцепления несольватируемых групп или какими-нибудь другими связями н сокращающиеся нлн растягивающиеся под влиянием меняющейся величины рН, должны вызывать сокращения илн же ослабления на протяжении всей длины мускула. Этим макроскопическое сокращение сводится в конце концов к внутрнмолекулярному процессу" ~3. С.

435). И далее он делает не менее важное н новое для того времени замечание: "Нет сомнения в том, что источником мускульной энергии и причиной движения является химический выделяющий энергию процесс" ~3. С. 438; см. также 4. С. 64). Дальней|нее развитие этого направления связано прежде всего с именем У.

Астбери, которому принадлежат во многом основополагающие реитгеноструктурные исследования белков, проведенные в !О 1930-1940-е годы. Именно они в наибольшей степени способствовали успешной расшифровке структур биополимеров. У. Астбери в 1946 г. ввел термин "молекулярная биология". Ему одному нз первых стало ясно, что изучение конформаций макромолекул имеет решающее значение для понимания функционирования живых организмов. Оценивая вклад Астбери в науку, Дж. Бернал в 1963 г, писал: "Памятник ему будет установлен всей молекулярной биологией — наукой, которую он назвал и действительно основал" [1О.

С. 31). Сказано несколько сильно, но, безусловно, Астбери входит в число первых исследователей, чьн работы ускорили становление молекулярной биологии. Прежде чем рассмотреть исследования Астбери, кратко остановимся иа предложенной им классификации белков, в основу которой был положен структурный признак [11, 12).

По этому признаку все белки делятся на два болыпнх класса фибриллярных и глобулярных белков. Первые имеют вытянутую, волокнистую структуру; вторые— форму глобулы (во времена Астбери они назывались корлускулярными белками). Такое разделение отчасти согласуется со спецификой функционирования белков и растворимостью их в воде. Фибриллярные белки входят в состав кожи, соединительных тканей, хрящей, скелета, волос, рогов и т.д.

Как правило, в обычных условиях они химически инертны, не растворяются в воде и выполняют структурную или защитную функцию. Глобулярные белки играют активную роль в метаболизме, участвуя во всех процессах жизнедеятельности организма. Многие глобулярные белки растворимы в воде. Четкой структурной нли функциональной границы между двумя классами белков, однако, провести нельзя. Например, миозин (белок мышц), хотя и имеет волокнистое строение, тем не менее химически не инертен. Функция миозина связана с превращением химической энергии в механическую работу. Несмотря на значительную условность, предложенная Астбери и сохранившаяся до сих пор классификация белков по структурному признаку остается все еще целесообразной.

Характеристики

Список файлов книги