Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.2. Пространственное строение белка (947295), страница 89
Текст из файла (страница 89)
Тем не менее и сегодня господствующим остается традиционное представление в духе концепции У. Козмана. В 1990 г. Т. Крейтон, обсуждая пространственное строение молекул гомологичных белков, писал; "Большинство поразительно сходных аспектов гомологичных структур сводится к сохранению неполярного характера боковых цепей во внутренней части глобулы плюс преобладание гидрофильных боковых цепей на поверхности....гидрофобное ядро, по-видимому, является главным стабилизирующим фактором "нормального свернутого состояния" [18, С. 5]. В связи с возможностью анализировать рентгеноструктурные модели большого количества белков с точки зрения распределения в глобуле различных аминокислотных остатков открылась перспектива для проверки гидрофобной концепции структурной организации белковой макромолекулы, понимания роли разных факторов в стабилизации трехмерной структуры, и для получения эмпирических, возможно даже, количественных соотношений между этими факторами и распределением остатков различной природы в тех или иных частях белковой глобулы.
Возникла надежда объединить а-спиральную концепцию и разработанные на ее основе методы предсказания вторичных структур с гидрофобной концепцией и результатами анализа кристаллографических моделей и установить непрерывную логическую связь между первичной, вторичной и третичной структурами, т.е. создать теорию пространственной организации белка. В середине 1970-х годов ситуация с решением структурной проблемы белка многими представлялась если не совсем простой, то, во всяком случае, достаточно определенной в отношении направленности поиска. Почти никто не сомневался в том, что натнвная конформация белка — ансамбль вторичных, регулярных структур, для которых были разработаны многочисленные методы, "... позволяющие в удовлетворительном согласии с экспериментом локализовать спиральные участки в глобулярных белках" [19, С.
375]. Переход от вторичной к третичной структуре не представлялся сложным, поскольку господствующим н по существу единственным было мнение о том, что "...обширный экспериментальный материал по пространственным структурам и внутри- молекулярным упаковкам глобулярных белков приводит к выводу, что наиболее яркими впечатляющими структурными особенностями глобулярных белков являются: 1) компактность формы; 2) наличие плотно- упакованного ядра (ядер) и полярной оболочки. Именно эти структурные принципы организации выделякгг глобулярные белки в отдельный класс биополимеров и должны быть основополагающими при анализе конформации полипептидной цепи глобулярного белка, включая ее 343 вторичнук> структуру" 119. С.
376], Реальные конформации белковых молекул, однако, не соответствовали подобным представлениям, н все надежды решить проблему структурной организации белков на такой основе оказались тщетными. Приблизительно в это же время (вторая половина 1970-х годов) обнаруживакзтся факты, не отвечающие концепции вторичных структур и прямо не соответствующие концепции гндрофобных взаимодействий, Рассматривая причины конформационной устойчивости белков, Р. Ламри и Р. Билтонен делают такое заключение: "Действительно, похоже, что нет предела изобретательности исследователей, предлагающих новые и новые существенные факторы. Легко перечислить различные предположения, но гораздо труднее классифицировать действующие силы в терминах количественных вкладов в энтальпию и энтропию образования конформации цепи для любого белка.
Трудность состоит в том, что ни один из факторов не оказывает преобладающего влияния на термодинамическую ситуацию" 120. С. 42]. Высказывание относится к 1969 г,, но выраженная в нем мысль правильно отражает положение, сложившееся в этой области спустя десятилетие. с1то же касается попыток установить зависимость между первичной и вторичными структурами белков. то Ламри и Билтонен отмечают: "Недавно появилась новая игра, в которой рентгенографические структуры белков объясняются расположением вдоль пептидных цепей полярных незаряженных групп, полярных заряженных групп и неполярных групп различных размеров. Хотя, по-виднмому, опасно относиться к этому слишком серьезно, игра может принести существенную пользу как средство для классификации но значимости факторов термодинамической стабильности" 120. С.
64]. Как показано в предшествующей части книги, даже эта скромная надежда осталась нереализованной. Ситуация в изучении структурной организации белков в 1960 — 1980-е годы в чем-то аналогична 20 — 40-и годам нашего столетия — периоду в исследовании химического строения белков, который последовал сразу после Фишера н продолжался до фундаментальных работ Э. Вальдшмидт-Лейтца и Ф.
Сенгера. Решение проблемы белка стараются отгадать, а не получить в результате исследования по тщательно продуманному плану, основанному на всестороннем анализе опытных данных, оригинальных методиках и нетривиальном подходе. Обнаруженные при анализе ренттеноструктурных моделей белков факты, касающиеся распределения аминокислотных остатков в глобуле, оказались очень важными, поскольку они приближали к истинному пониманию структурной организации белковых молекул хотя бы уже тем, что давали возможность увидеть реальное положение и обнаружить несостоятельность существовавших на этот счет представлений. Общая структура свернутого белка исклкзчительно компактна, Например, полностью вытянутая цепь панкреатического трипсинового ннгибитора (58 остатков) имеет длину 211 А (-3,6 А на остаток), а максимальный габаритный размер свернутого белка равен около 29,0 А. 344 Карбоксипептидаза, состоящая из 307 аминокислотных остатков, в вытянутой форме имеет длину 1114 А, а в свернутой — 50,0 А, Количественные исследования кристаллографических моделей белков позволили получить новые опытные данные об упаковке атомов в глобуле и атомной нлотностн белковых молекул.
Нативное состояние белковой молекулы имеет высокий коэффициент упаковки, в среднем 75% (с вариацией от 68 до 82%, М. Клэппер [2Ц и Б. Ли и Ф. Рихарде [10]). Для сравнения отметим, что у правильных сферических тел этот коэффициент равен 74%, а у молекул жидкой воды и жидкого циклогексана составляет 58 и 44% соответственно. По плотности упаковки белки близки кристаллам малых органических молекул (70 — 78%), связанных между собой дисперсионными, лондоновскими силами.
Из-за высокой плотности упаковки белки отличаются слабой сжимаемостью. Так, их коэффициент сжимаемости в 20 раз меныпе, чем у масла, и практически совпадает с коэффициентом сжимаемости олова и каменной соли. Плотность белка неодинакова во всех частях глобулы. У. Козман и соавт. [22], например, нашли, что плотность центральной части ниже кажущейся плотности белковой молекулы в растворе. Это наблюдение, однако, имеет частный характер. Низкая плотность и даже "пустоты", т.е. области, не заполненные атомами белка, встречаются в различных частях глобулы.
Как правило, в них находятся единичные молекулы воды, связанные с аминокислотными остатками водородными связями. Молекулы НзО обнаруживаются рентгеноструктурным анализом и составляют с белком как бы единое целое. Интересно, что белки, содержапгне большое число дисульфидных связей, не отличаются повышенными коэффициентами упаковки и большей плотностью. Полипептидная цепь в состоянии статистического клубка характеризуется большой гибкостью.
Обычно полагают, что аминокислотный остаток в свободном состоянии обладает в среднем десятьк> приблизительно равновероятными конформациями. В нативной структуре белка у каждого остатка из них реализуется одна конформация, а в статистическом клубке могут попеременно присутствовать все десять. Поэтому у развернутой полипептидной цели возможно огромное количество изоэнергетических конформаций, состоящих только из самых предпочтительных состояний остатков (приблизительно 10",где п — число остатков в цепи).
К. Тэнфорд [23] и П. Флори [24] полагают, что денатурированный белок является правильным статистическим клубком. В какой степени состояние полностью денатурированного белка отличается от аналогичного состояния модельных гомополипептидов и низкомолекулярных соединений, от модели классического идеального статисгнческого клубка? Характерные особенности последнего заключаются в том, что даже смежные звенья полимера не взаимодействуют между собой, одинаково доступны растворителю и постоянно флуктуируют случайным образом в результате собственного броуновского теплового движения, так что конформация макромолекулы непрерывно меняется, По данным А.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
