Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.2. Пространственное строение белка (947295), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Рассмотренный материал об аспартатных протеиназах, как и подобный материал о химотрипсине, трипсине, карбоксипептидазе и лизоциме, изложенный ранее 14001, дает основание заключить, что появление уникальной количественной информации о пространственном строении ферментов и их комплексов не привело к концептуальному развитию энзимологин и переосмыслению сложившихся представлений о природе биокатализа. Ставшие доступными рентгеноструктурные данные не вызвали принципиальных изменений в понимании явления ферментатнвного катализа и не нашли строгого объяснения в рамках сформулированных в 1950-е годы концепций, равно как и наоборот— последние не получили на основе новых структурных данных своей объективной трактовки.
Данные рентгеноструктурного анализа о трехмерных структурах ферментов не изменили направленность исследований каталитических реакций "от функции к структуре", которой энзимология следует с момента своего становления, т.с. более 150 лет, Первая, главная причина отсутствия ощутимого прогресса в понимании природы ферментативного катализа касается просгранственной организации белковых молекул, без знания принципов которой невозможно теоретическое развитие энзимологии. О том, что должного понимания структурной организации ферментов, действительно, нет, свидетельствует как само многообразие существующих концепций, отражающих различные, иногда взаимоисключающие представления о конформационпых свойствах белков, так и многовариантность в рамках одной концепции стсреохимических моделсй механизма конкретной каталитической реакции, что продемонстрировано выше на примере аспартатных протеиназ.
Необходимые для количественного описания каталитического акта данные о конформационных возможностях фермента и субстрата, их потенции к изменению своих структур не могут быть получены непосредственно из рснтгенострукгурного анализа (как и любого другого эксперимента) или эмпирическим путем, без привлечения теоретических н расчетных методов, в конечном счете, без количественной теории структурной организации белков.
Вторая причина заключается в некорректной оценке проблемной 105 ситуации, проявляющейся во взгляде на ферментативный катализ как на явление, в принципе аналогичное химическому катализу. Нельзя решить задачу структурно-функциональной организации, т.е. создать теорию биокаталнза, пытаясь понять механизм ферментативного катализа на основе экспериментальных методов и теоретических подходов органической химии, формальной кинетики и равновесной термодинамики. Механизм каталитического акта фермента не поддается воспроизведению в искусственных условиях и его сопоставление даже с механизмом конгрузнтной системы носит в значительной мере формальный характер, особенно в отношении стереохимии.
(Подробно эта тема будет обсуждена в четвертом томе монографии "Проблема белка".) Третья причина развития теоретической энзимологии за последние десятилетия главным образом в терминологическом и популяризационном планах связана с рядом ограничений самого рентгеноструктурного анализа. Во-первых, несмотря на уникальность и ценность этого метода как практически единственного источника информации о трехмерных структурах белков, получаемые им результаты касаются только статического состояния фермента и, следовательно, прямо не отвечают на вопрос о динамических конформационных и электронных характеристиках активной конформации, что представляет первостепенный интерес в изучении биокаталитического процесса.
Выявление потенциальных возможностей объектов исследования и предсказание нх поведения — прерогатива теоретического подхода. Во-вторых, рентгеновский метод позволяет расшифровать трехмерные структуры комплексов ферментов, но комплексов не с субстратами, а с ингибиторами. Могут быть получены структурные данные о целой серии ингибиторных комплексов одного фермента, которые в той или иной мере (но всегда неявной) соответствуют химическим элементарным стадиям каталитического акта. Однако в таком наборе все ингибиторы отличаются по своему химическому и пространственному строению как от истинного субстрата, так и друг от друга. Не зная продуктивной ориентации субстрата в активном центре, а также актуальных для катализа фермент-субстратных взаимодействий и обусловленных имн конформационных перестроек и имея дело со сложной системой, трудно составить полное и объективное представление о причинах спонтанного протекания каталитической реакции.
Предпринимаемые здесь попытки представляют собой стремление воссоздать механизм каталитического акта, располагая структурными данными, одна часть которых отвечает реальному, исходному состоянию фермента, а другая, большая часть, фермент-ингнбиторным комплексам, которые в чем-то (в чем именно, неизвестно) отличаются от промежуточных продуктивных комплексов истинного многостаднйного процесса.
Сложившаяся в настоящее время ситуация в энзимологнн становится предельно ясной при сопоставлении исследований аспартатных и сериновых протеиназ — ферментов, изученных во всех отношениях наиболее детально. В исследовании аспартатных протеиназ, особенно протеиназ ретровирусов, в конце 1980-х †нача 1990-х годов наблю- 106 дался тот же стремительный прогресс в получении экспериментального материала, который в изучении сериновых протеиназ имел место в 1970-е годы. Показателен тот факт, что за прошедшие два десятилетия принципиально не изменился уровень теоретической трактовки получаемых результатов.
Итак, с появлением рентгеноструктурного анализа ферментов не произошел переход от умозрительных представлений о ферментатнвном катализе к строгому количественному описанию этого явления. Не изменилась также направленность биокаталитнческих исследований, по- прежнему следующих от функции к структуре, что неслучайно, поскольку результатом рентгеноструктурного исследования может быть лишь знание морфологии биосистем атомно-молекулярного уровня, которое само по себе не является конечной целью изучения ферментов.
Морфология объекта — это всегда нечто предварительное и совершенно необходимое для последующего изучения структурной и структурно-функциональной организации биосистем. Выяснение с помощью рентгеноструктурного анализа пространственного строения многих сотен молекул ферментов не решило проблему биокатализа, но сделало реальным разработку подхода к изучению ферментативного катализа в направлении от структуры к функции и априорному количественному описанию механизма каталитической реакции. Благодаря развитию кристаллографии белков проблема создания общей теории биокатализа и соответствующих методов расчета впервые обрела форму подлинно научной проблемы, решаемой на уровне современных естественнонаучных знаний. 3.4, ДНК-СВЯЗЫВАЮЩИЕ БЕЛКИ В этом разделе изложены некоторые кристаллографические исследования белков последних лет, которые подтверждают уникальность получаемой с помощью рентгеноструктурного анализа информации н ее определяющее значение в решении проблемы межмолекулярных взаимодействий аминокислотных последовательностей.
Кроме того, рассматриваемые ниже работы демонстрируют новейшие достижения кристаллографии, позволившие расшифровывать на атомном уровне трехмерные структуры белков и комплексов, состоящих нз тысячи и более аминокислотных остатков. В данном случае, чисто техническое развитие метода, о чем будет говориться в следующей главе, проявилось в наметившемся в начале 1990-х годов переходе от рентгеноструктурных исследований отдельных белковых молекул к не менее детальному изучению пространственных структур макромолекулярных белковых олнгомеров, нх агрегатов с другими соединениями и субклеточнымн системами. Иными словами, на атомном уровне стали осваиваться структуры более сложных биологических систем.
Это значительное событие в молекулярной биологии, новый этап ее развития, Он отражает современную тенденцию эволюции биологи- 107 ческих знаний, впервые возникшую после того, как наука о живой природе, достигнув в середине ХХ столетия атомно-молекулярного уровня бносистем, получила возможность развиваться одновременно в двух встречных направлениях: традиционном "от сложного к простому", и новом "от простого к сложному", от биомолекул вверх по иерархической лестнице живого.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
