Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.2. Пространственное строение белка (947295), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Сама идея разделения белков в зависимости от топологии структуры хорошо согласуется с одной из задач молекулярной биологии, а именно с установлением связи между строением (в том числе пространственным) и функцией биологических молекул. У. Астбери были изучены структуры разнообразных фибриллярных белков [13, 14[. Оказалось, что эти белки по структурному признаку могут быть разделены на две конформационные группы. Первая группа, названная по начальным буквам входящих в нее белков группой [с.ш.е.[., включает такие белки, как кератин (белок волос, шерсти, ноггей и т.д.), миозин (белок мышц), эпидермин (белок кожи) и фибрииоген (белок плазмы крови).
Во вторую группу фибриллярных белков (группа коллагена) входят белки сухожилий, соединительных тканей, хрящей и др. Белки каждой группы имеют близкие картины рентгеновской днфракцин, что указывает на их конформационную аналоппо. Наиболее важной особенностью рентгенограмм белков группы [с.ш.е.й в нормальном состоянии является наличие мерндиоиального рефлекса 5,1 А. Конформации белков этой группы Астбери назвал а- 11 формой.
Кератин, миозин, эпидермин и фибриноген обладают сходными эластичными свойствами, а именно способностью под влиянием нагрузки на волокнистый образец увеличивать свою длину приблизительно в два раза. У. Астберн предпринял попытку связать макроскопические свойства белка с его молекулярными конформациоинымн свойствами. При растяжении белковых волокон а-форма кератина, миозина и других переходит в иную, вдвое более вытянутую структуру, которую Асгбери назвал р-формой. Рентгенограммы а- и р-форм весьма различны.
Характерной особенностью рентгеновской дифракции р-формы является интенсивный мериднональный рефлекс 3,5 А, что отвечает длине амннокислотного остатка, а удвоенная величина совпадает с периодом идентичности и плотностью растянутых цепей фиброина шелка. При более умеренном растяжении период идеитичности меньше, что свидетельствует о появлении изгибов цепи. В свободном, ненагруженном состоянии кератин имеет свернутую а- форму. У.
Астбери удалось обнаружить способность кератина сжиматься при определенных условиях еще сильнее, что было объяснено дальнейшим "складыванием" цепи (суперконтракцией) 115]. Ниже изображены все формы, предложенные Астбери для кератина. Они имеют плоскую, ленточную структуру; переход между ними сопровождается образованием или разрывом валентиых связей, т.е. химическим процессом. По Астбери, а- и суперконтракционная формы содержат связанные дикетопиперазнновые циклы, а р-форма является полностью полипептидом. СО 1 О1 г ° г нн с]он1 сня нн ! сня , -'Ф" нн С1~он1 сйя нн 1 сня ] сня со ! ос "рай нн сс сня Н1О СО СНЯ 14Н сня ] р-форма сня ! нн с1он),сня сня н со СНЯ С/ОН~,НН о~~ н сня нн ~с1он],снн сня Н СО б~~нйн СО / нн, сня ОС / ~нн янс~ СО нн полностью вытянутая оупорконтракцнонняя форма а-форма р-форма 12 У. Астбери проведено множество рентгеиоструктурных исследований белков, главным образом фибриллярных 116-27].
Им предложено много молекулярных моделей и высказан ряд интересных соображений о пространственной организации белков. За исключением только что рассмотренного исследования кератина, имеющего в отношении химического строения белка компромиссный с дикетопиперазиновой теорией характер, Астбери во всех последующих работах исходил только из полипептидной структуры, которая в нормальных условиях находится в растянутой В-форме.
Это р-кератин — белок перьев, клюва, клешней, скорлупы, чешуи и т.д. Рентгенограмма р-кератина близка рентгено- грамме фиброина шелка. Учитывая нерасгяжнмость белков в р-форме и интерпретацию Мейера и Марка рентгенограммы фиброина шелка, Астбери приписал р-форме плоскую, полностью вытянутую структуру. Первая теория Астбери а ~~ й-перехода, отвергнутая им позднее, основывалась на циклольной гипотезе Д. Рннч и заключалась в размыкании и замыкании гексагональных колец. Такая интерпретация не удовлетворяла ряду экспериментальных данных, в частности наблюдаемой картине рентгеновской дифракции.
У. Астбери предложил новую трактовку а ~~ 0-перехода, основанную на следующем представлении об а- и р-формах. 'р-Форма представлялась в виде параллельных вытянутых пептидных цепей, соединенных между собой водородными связями. Главными рефлексами в рентгенограммах белков этой формы являются 3,4 А (мериднональный рефлекс, характеризующий расстояние между аминокислотными остатками в пептидной цепи), 4,5 А (экваториальный рефлекс, характеризующий расстояние между пептидными цепями в одной плоскости) и 9,5 А (экваториальный рефлекс, характеризующий расстояние между плоскостями).
Для а-формы Астбери предложил ленточную трехостаточную плоскую модель. Боковые цепи в этой структуре альтернируют над и под плоскостью пептидного скелета, группируясь в плотноупакованные треугольные колонки. При такой трактовке а- и р-форм а <~ р-переход удовлетворяет следующим экспериментальным данным: длина а-формы действительно составляет половину длины р-формы; рассчитанные плотности обеих форм практически одинаковы и совпадают с экспериментальным значением (1,4 г~смз); изгибы цепи в а- форме повторяются на расстоянии 5,0 А (средняя длина на один аминокислотный остаток составляет 1,7 А), что отвечает рефлексу 5,1 А, наблюдаемому в рентгенограммах белков этой формы; изгибы цепи в а-форме не являются резкими и не приводят к наталкиванию боковых цепей в соответствующих триплетах. Для суперконтракционной формы кератина Астбери предложил ленточную структуру с четырьмя остатками иа изгиб, На основе структурного признака Астбери среди фибриллярных белков выделил группу коллагена.
Дифракционная картина белков этой группы отличается от рентгенограмм а-, р- и суперконтракционной форм белков группы к.гп.е.й Наиболее интенсивными рефлексами являются меридиональный 4,7 А и экваториальный 1,0А. Предполагая, что каждый третий остаток коллагена является пролином или оксипролином, Астбери предложил две формы белка с параллельной и антипараллельной направленностью пептидных цепей, связанных между собой водородными связями.
У. Астбери был в числе первых исследователей кристаллов глобулярных белков. Им получены рентгенограммы кристаллического эдестина, альбумина яйца и эксельсина, а также денатурированных белков, приготовленных в виде пленок и волокон. Было показано, что молекулы этих белков в кристалле имеют близкое пространственное строение приблизительно сферической формы. Изучая рентгенограммы 13 денатурированных белков, он пришел к выводу, что денатурация есть процесс дезорганизации нативной структуры, при которой пептидная цепь изменяет свою конформацню. Исходя из идеи плоских, ленточных форм полипептидных цепей н гипотезы плотной упаковки, Астбери предполагал пространственную структуру глобулярных белков, построенную из набора листов, причем в каждом листе полярные боковые группы находятся по одну сторону плоскости листа, а неполярные — по другую.
Далее предполагалось, что плоские листы полипептидиых цепей взаимодействуют между собой, образуя сандвичевые структуры. Среднее расстояние между плоскостями листов составляет около 10 А, а расстояние между осями пептидных цепей в одной плоскости — около 4,5 А. Основанием для такого представления о структуре глобулярных белков послужили появившиеся к тому времени данные о наличии белковых субъедиииц у альбумина яйца и гемоглобина. В рентгенограммах фибриллярных белков и специально обработанных денатурированных глобулярных белков Астбери находил много общего, из чего ои делал вывод об аналогичном характере пространственного строения белков в двух состояниях. У.
Астбери писал, что "...все белки на некоторой стадии их существования являются фибриллярными в молекулярном смысле" и еще: "...два наиболее стабильных и нерастворимых состояния белковой структуры, волокнистое и денатурированное, основываются на фундаментально подобных видах молекулярной организации; денатурированное состояние является в основном фибриллярным состоянием, поскольку оно всегда представляет собой полностью вытянутые пептидные цепи, организованные после коагуляции в параллельные пакеты, как в фиброине шелка, [5-кератине, В-миозние и [5-фибрииогене" [27. С, 5021. Замечательны здесь не столько предложенные Астбери конкретные модели фибриллярных, глобулярных и денатурированных белков, а высказанная им впервые идея общности их молекулярной пространственной организации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
