Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.2. Пространственное строение белка (947295), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Гипотетические третичные структуры рибонуклеазы, построенные М. Сета и С. Лифсоном в 1959 г., Г. Шерагой в 1960 г. и Дж. Парксом в 1961 г. 194 — 96), более чем на 90% состояли из а-спиралей (нарушение спирали допускалось только в случае пролина и дисульфидной связи). Все структуры, предложенные для инсулина и рибонуклеазы в отсутствие кристаллографических данных и информации о действительном а-спиральном содержании, как известно, оказались несостоятельными. 1.3. ПРОСТРАНСТВЕННОЕ СТРОЕНИЕ СИНТЕТИЧЕСКИХ ПОЛИПЕПТИДОВ Начатое незадолго до 1951 г. Астбери, Амброзе, Бэмфордом, Эллиоттом и другими изучение пространственного строения синтетических полипептидов получило после опубликования работ Полинга и Кори стремительное развитие. Повышенный интерес к таким соединениям был стимулирован результатами уже первых работ в этой области, которые вселили надежду, что исследование гомополипептидов может существенно помочь в решении одной из основных задач проблемы белка — установлении принципов пространственной организации белковых молекул.
Такой оптимизм в то время казался вполне оправданным. Синтетические полипептиды состоят из тех же структурных элементов, что и белки, и, следовательно, конформации тех и других определяются одними и теми же видами взаимодействий. Учитывая одинаковую природу в обоих случаях взаимодействий между валентно несвязанными атомами, можно было полагать, что изучение структуры более простых по химическому строению синтетических полипептидов при относительной легкости целенаправленного моделирования аминокислотного состава, последовательности и длины пептидной цепи поможет выяснить основные факторы, ответственные за формирование пространственного строения белков. Особое значение эти соединения приобрели в связи с обнаруженной общностью между их структурами и структурами природных полипептидов — фибриллярных и глобулярных белков. Первые же исследования показали, что синтетические полипептиды образуют два главных типа структур, аналогичных а- и В-формам кератина, миозина, фиброина шелка и др., которые, как и в случае белков, могут обратимо переходить друг в друга.
После работ Полинга и Кори эти формы были интерпретированы как а-спираль и В-структура складчатого листа. Еще более обоснованной стала выглядеть основная, а по существу единственная в то время структурная гипотеза белков, согласно которой их пространственное строение представлялось в виде различных комбинаций ограниченного числа одних и тех же регулярных форм, Наличие этих форм не только в фибриллярных и глобулярных белках, но и в синтетических полипептидах указывало на болыпую перспективность конформационных исследований последних.
Таким образом, появилось основание считать синтетические полипептиды простейшими структурными аналогами белков. Помимо отмеченного выше, интерес к синтетическим полипептидам вызван н тем, что они, как полагали, являются удобными модельными соединениями в экспериментальном и теоретическом изучении переходов от высокоорганизованной спиральной структуры в беспорядочную клубковую форму. Переход гомополипептидов "одиночная спираль †клуб" представлялся простейшим процессом деструкции полипептидной цепи, имитирующим процесс денатурации макромолекулы белка. Вначале полипептиды исследовались в виде ориентированных текстурированных пленок и волокон с помощью рентгеноструктурного анализа и поляризованных инфракрасных спектров.
Изучались структуры образцов в свободном и растянутом состояниях, при различных температуре и влажности. Образцы получались путем осаждения полимера из раствора с последующей прокаткой (метод Ханби [97]). Было показано, что природа растворителя, из которого выделялся образец, может существенно влиять на структуру твердого полимера. Основные результаты, полученные в начальный период конформационных исследований синтетических полипептидов, были отмечены в разделе 1.2.
Последующий за ним период характеризуется большим разнообразием изучаемых полипептидов, рассмотрением их структур не только в твердом состоянии, но и в растворах и, наконец, использованием многих физико-химических и прежде всего спектральных методов анализа. Основные направления исследования синтетических полнпептидов касались установления структуры и выяснения влияния на ее стабильность аминокислотного состава и последовательности, длины пептидной цепи, агрегатного состояния и внешних условий — природы растворителя, концентрации, ионной силы, рН и температуры. Твердые образцы поли-Е-аланина, поли-у-метил- и поли-у-бензил-С- глутамата, как уже отмечалось, дают в зависимости от свободного или растянутого состояния полимеров и природы растворителя, из которого они осаждаются, четкую картину рентгеновской дифракции а-спирали илн р-структурьь Анализ интенсивностей рефлексов в рентгенограммах убедительно показал предпочтительность правой а-спирали перед левой. В 1957 г.
А. Эллноттом и соавт.[98], Э. Блоутом и соавт.[99, 100] и в следующем году П. Доти и соавт. [10Ц было обнаружено, что конформации а-спирали и [5-структуры может принимать также поли-1.- лизин, исследованный в виде ориентированной пленки. Полимер испытывает обратимый а ~~ р-переход, образуя при высокой влажности правую а-спираль, а при низкой — 0-структуру. Аналогичный переход наблюдался и у натриевой соли полн-Е-глутаминовой кислоты [102].
В твердых образцах поли-2,-валина и поли-Е-серина обнаружена только Р-структура, а поли-1.-тирознна — а-спираль [!03 †1]. В середине 1950-х годов начинается интенсивное изучение синтетических полипептидов в растворах. Оно привело к созданию нового раздела физической химии макромолекул и в конечном счете позволило более реалистически оценить сложность структурной проблемы белка. Значительный вклад в эту область внесли пионерские экспериментальные исследования Э. Блоута, П. Доти, Г.
Фасмана и М. Гудмана, а также теоретические разработки У. Моффита, Дж. Янга, Дж. Кирквуда н Д. Фиттса, касающиеся оптической активности и кругового дихроизма полипептидов в растворе. П. Доги и соавт., использовав кривые дисперсии оптического вращения, впервые установили, что синтетические полипептиды в растворе существуют в виде равновесной смеси регулярной структуры и беспорядочных клубков [107, 108[. В клубковой форме имеет место постоянное изменение (флуктуация) взаимной ориентации всех участков цепи друг относительно друга.
Здесь само понятие конформации молекулы, характеризующееся определенными значениями двухгранных углов вращения вокруг одинарных связей, теряет свой смысл. Клубок — это новое, специфическое состояние полипептида, которое может быть описано лишь на основе сгатистического подхода. На примере поли-у-бензил-Ь-глутамата в разбавленных растворах было показано, что растворители малой и средней полярности (хлороформ, метакрезол, пиридин) смещают равновесие в сторону а-спиралей, а полярные растворители (дихлоруксусная кислота, гидразнн) — в сторону флуктуирующего клубка.
Больпюе содержание а-спиралн обнаружено в растворах инертных растворителей у поли-У.- аланнна, поли-1,-лейцнна, поли-1 -лизина и поли 1.-метионина [109, 110). Естественно, наибольший интерес представляли исследования полипептидов в водной среде. П. Доти, Э. Блоут и сотр.
(1957 — !962 гг.) изучили водные растворы поли-1.-глутаминовой кислоты и поли-Ь-лизина. Оба полимера являются преимущественно спиральными в тех областях рН, где молекулы нейтральны. Прн тнтровании наблюдается переход спираль — клубок, причем в первом случае с ростом рН содержание клубковой формы увеличивается, а во втором — уменьшается. Исследование сополимеров глутаминовой кислоты и лизина вблизи нейтрального значения рН показало увеличение спирального содержания с возрастанием молярной доли фракции лизина до 0,5. Стабилизация а-спирали у обоих полимеров была объяснена электростатическим эффектом, поскольку ни поли-Б-глутаминовая кислота, ни поли-1,-лизин не обнаруживают спирали в нейтральной области рН, где они существуют в ионной форме. Г. Фасман и соавт.
исследовали сополнмеры глутаминовой кислоты и лейцина в воде [111 — 114[. Найденное увеличение содержания спиралей с ростом температуры было объяснено спецификой гидрофобных взаимодействий. Особый интерес для выяснения факторов, стабилизирующих а-спнраль, имело исследование У. Гратцера и П. Доти поли-Б- аланина в водном растворе [115[.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
