Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.2. Пространственное строение белка (947295), страница 57
Текст из файла (страница 57)
П !. Мо!. В!о1. 1983. Чо!. !65. Р. 287— 302. 605, !'айова Т М, Агеизуап И.А., Кидейл А.В., Спг/лл ЕХ. П /. СеН Вюсбет. 1990. Вирр!. 14Р. Р. 45. 606. Варнаков А.Н., Лунев А.В., Демин В.В. и др. // Виол. мембраны, 1991. Т. 8. С. 1248 †12. 607. Гришин Е.В., Кооаленко ВА., Пашков В.Н. Шаиотиенка А.Г.
//Там же. 1984. Т. 1. С. 858 — 867. 608, Лунев А.В., Демин В.В., Зайцев О.Н, и др. // Биоортан. химия. 1991. Т. 17. С. 102 1 — 1026. 609. Отед/лпйот Уи.А., Оетт У.У., Во(па!от А.И. ег а!. // РЕВБ. !еж 1985. Чо!. 190. Р. 73 — 76. 610. Непдеггап В., Они 1п Р.И.Т. // Нашю, 1975. Чо!. 257. Р. 28-32. 611. Овчинников Ю А., Арсенян С Г., Броубе Н Е, и др.
П Докл. АН СССР, 1985. Т. 285. С. 1490 — 1496. 612. Овчинников Ю.А, Брауде Н.Е., Петрухин К.Е. н др. // Там же. 1986. Т. 287. С. 1491 — 1496. 6!3. Огдалдгйидагуап К.И., /огйепгеп РВ // В(осЬ!т. е! ЫорЬуз. асм. 1985. Чо1. 817. Р, 165 — 175. 614. Утдепгел Р./., Вгипп(г Е //!Ь(д. 1983. Чо1, 735, Р. 29! — 296. 6! 5. Оеагйегаве ДР., Непдегюп В., СараМ/ В.А. П Е Мо(. Вю!. 1982. Чо(. 158. Р.
487— 499. 616. Непдеггол В., ВаЫптл /.Ч., Сезг/Т 4. е! а1. // 1ЬЫ. 1990. Чо1. 213. Р. 899 — 929. 617. Овчинников Ю.А., Демин В.В., Гришин Е.В., Слойер С.Н. // Биол. мембраны. 1985. Т. 2. С. 957 — 961. 6 18. Демин В В, П Там же. 1988. Т. 5. С. 116 — 134. 619. Рйл/,где(т Н./, Ие/дебаиег О.СЬ., Ргалй С, е! а!. // ЕМВО !. 1982. Чо!.
1. Р. 541 — 547. 620. К/г(/ег Е, 5(гаид К.М., К/упдопгйу М.(У. т а!. П В(арбуз. !. 1982. Чо!. 37. Р. 37 1 — 383. 621. Вокал А., Оп(т/и Р.И.Т. / ИаЮге. !985. Чо!. 315. Р. 474 — 478. 622. Демын В.В., Лунев А.В., Зайцепа Ф.Б. // Биол, мембраны.
1989. Т. 6. С. 801 — 813. 623. !Уайгтапп Б.Р., Сго( Р., БсйарНа С // Вюсдип, е! ЬюрЬув. асга. !980. Чо!, б!2. Р. 421 — 423. 624. Демин ВЯ. // Физико-химические методы исследования структуры бнололимеров и низкомолекулярных биорегуляторов. Мс Наука, 1992. С. 284 — 329. Часть 11 ЭМПИРИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ПРЕДСКАЗАНИЮ ПРОСТРАНСТВЕННОГО СТРОЕНИЯ БЕЛКОВ Определение аминокислотных последовательностей и расшифровка трехмерных структур миоглобина, гемоглобина, лизоцима и ряда других белков позволили в 1960-е годы сформулировать задачу установления зависимости между химическим и пространственным строением белковых молекул. Впервые стала возможной постановка исследований структурной организации белков, конечная цель которых заключается в априорном предсказании нативной конформации и динамических свойств белковых молекул по известной аминокислотной последовательности.
Поиски решения этой задачи продолжаются с возрастающей интенсивностью более тридцати лет. С самого начала возобладал и по сей день остается господствующим, чуть ли не единственным, эмпирический подход. Его материальной основой служат главным образом данные рентгеноструктурного анализа белков, а идейной— трн гипотетических представления; а-спиральная концепция Полинга и Кори [1, 2), классификация белковых структур на первичную, вторичную и третичную, предложенная Линдерстрем-Лангом [3], и гидрофобная концепция Козмана [4[. Согласно первой концепции пространственная структура белковой молекулы [третичная) представляет собой ансамбль регулярных (вторичных) структур, образуемых основной цепью.
Данные о конформациоииых состояниях синтетических полипептидов, фибриллярных белков и впервые ставшие известными на атомном уровне трехмерные структуры многлобина и гемоглобина дали блестящие и как будто бы бесспорные доказательства справедливости предположения, высказанного еще Астбери н остававшегося в молекулярной биологии безальтернативным в течение десятилетий, о единстве структурных элементов белковых молекул. Кристаллографические структуры миоглобина и гемоглобина явились подлинным триумфом а-спиральной концепции Полиига и Кори, которая после этого представлялась уже не как весьма правдоподобная и полезная рабочая гипотеза, а как не вызывающий сомнений принцип пространственной организации белковых молекул. Эта концепция легла в основу структурной классификации белков Линдерстрем-Ланга и стала направляющей идеей поиска эмпирических правил свертывания полипептидной цепи.
Ей не только не противоречила, а, напротив, на первый взгляд, естественным образом дополняла концепция гндрофобных взаимодействий Козмана. Последняя ут- 229 верждаст, что аминокислотная последовательность, образованная нз а- спиралей, ф-структур и унифицированных по форме основной цепи изгибов, сворачивается в глобулу, состоящую из неполярного, гидрофобного ядра и полярной, пщрофильной оболочки. Глава 7 ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ СТАБИЛЬНОСТЬ ТРЕХМЕРНОЙ СТРУКТУРЫ БЕЛКА Установление аминокислотных последовательностей и расшифровка на атомном уровне пространственных структур белков вызвали повышенный интерес к изучению свертывания белковой цепи в нативную конформацию и природы сил, ее стабилизирующих. Знание химического н пространственного строения создало новые, более благоприятные условия для выяснения принципов пространственной организации белковых молекул.
Наличие количественных характеристик реальной структуры белка сделало возможным перейти от общих рассуждений на зту тему и феноменологических описаний к конкретному изучению процесса формообразования и разработке соответствующих физических моделей. Исходную теоретическую основу такого моделирования могли бы составить ответы на следующие вопросы, имеющие самый общий характер и, следовательно, касающиеся всех белков. 1. Каково соотношение между химическим и пространственным строением белковой молекулы? 2. Каким образом происходит формирование пространственной структуры белка; осуществляется ли свертывание белковой цепи в физиологически активную форму спонтанно или существует специальный морфогенетический механизм, действующий в процессе или после завершения матричного синтеза белка на рибосоме? 3, Какую роль играют термодинамические и кинетические факторы в пространственной организации белка; обладает ли трехмерная структура белковой молекулы в нативных условиях минимальной свободной знергией Гиббса или она отвечает термодинамически метастабильному состоянию? Ответы на зги вопросы в гипотетической форме были предложены впервые в 1954 г.
Р. Ламри н Г. Эйрингом )5). Авторы исходили из представления о трехмерной структуре белка, состоящей из взаимодействующих между собой регулярных участков. Такая упрощенная модель следовала из предложенного Линдерстрем-Лангом разделения белковой структуры на первичную, вторичную и третичную 13). Главным стабилизирующим фактором, в согласии с концепцией А. Мирского н Л. Полинга, сформулированной в 1936 г., принимались водородные связи, скрепляющие вторичные структуры [б). Последние образуют 230 жесткую третичную структуру посредством главным образом иондипольных и ван-дер-ваальсовых взаимодействий боковых цепей амииокислотных остатков. Свои представления Ламри и Эйринг обосновывали имеющимися данными о денатурации белков.
Явление денатурации определено ими как изменение конформации белковой молекулы. Полностью обратимые денатурационныс процессы оии связали с нарушением только третичной структуры, т.с. с разрушением связей между вторичными структурами, а необратимые процессы — с более глубокими конформационными изменениями, затрагивающими вторичные структуры. На основе отмеченной вьппе сгруктурной модели белка и качественного рассмотрения денатурацин Ламри и Эйринг постулируют следующие положения [5]: во-первых, аминокислотная последовательность однозначно определяет нативную, физиологически активную конформацию белка; во-вторых, свертывание белковой цепи в жесткую нативную конформацию осуществляется спонтанно, т.е, имеется прямая связь, не требующая посредников, между линейным порядком аминокислот и их расположением в пространстве; в-третьих, стабильная в физиологических условиях конформация белка отвечает минимальной свободной энергии Гиббса.
Ни один из ставших известными с тех пор экспериментальных фактов не вступил в противоречие с постулатами Ламри и Эйринга. Специфическим свойством эволюционно отобранной аминокислотной последовательности является способность принимать в физиологических условиях вполне определенную, уникальную конформацию, которая определяет биологическую функцию белка. Такой способностью белки обладают, несмотря на значительную конформационную свободу аминокислотных остатков и малые значения барьеров вращения вокруг ординарных связей основной и боковых цепей.
Плотная, глобулярная структура белковой молекулы непосредственно доказывается малой вязкостью белков в растворе и большей их плотностью по сравнению с синтетическими полипептидами, Молекулы последних образуют в тех же условиях рыхлые клубки с открытой структурой, в которых растворитель занимает до 99% всего объема. Отсюда сравнительно большие линейные размеры клубков и значительная вязкость белков в этом состоянии. Молекулы нативных белков содержат в несколько раз меньшее количество связанной воды (-30% по массе), они малы по линейным размерам и незначительно загущают раствор.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
