Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.2. Пространственное строение белка (947295), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Данный полимер является самой простой оптически активной белковой моделью. Так как в чистом виде поли-[.-алании не растворяется в воде, авторы изготовили образец, 30 оказавшийся водорастворимым, который включал центральный участок из 175 остатков аланина, окаймленный с обоих концов более чем 300 осгатками глутаминовой кислоты.
При нейтральном значении рН некоторая часть полимера имела а-спиральную структуру. В связи с тем, что поли-Е-глутаминовая кислота в этих условиях спирали не образует, обнаруженная спиральная структура была отнесена исключительно к поли-/.-аланину. Такой результат явился до некоторой степени неоиащанным. Первоначально концепция стабильности а-спирали Полинга и Кори основывалась на предположении о том, что водородная связь является главным, если не единственным, стабилизирующим фактором этой структуры. Как известно, взаимодействия между боковыми цепями, между элементами основной цепи и между боковыми цепями и основной цепью Полингом и Кори не учитывались.
Энергия пецтидиой водородной связи Х вЂ” Н...О=С а-спирали была принята равной -8,0 ккал/моль. Определение энергии водородной связи в водной среде привело к существенно меньшему значению. Так, из исследования термодинамических свойств водных растворов мочевииы Шеллман оценил энергию водородной связи в -1,5 ккал/моль [!16]. Более поздние определения И. Клотцем и Дж. Франзеном теплот образования пептидной водородной связи при ассоциации молекул Х-метилацетамида привели к значениям — 4,0 ккал/моль в четыреххлористом углероде, — 2,0 ккал/моль в диоксане и около нуля в воде [117, 118], Эти данные поколебали представление о пептидной водородной связи как о факторе, оказывающем доминирующее влияние на упаковку пеитндной цени в а-спираль. К этому времени а-спираль была обнаружена в водных растворах у целого ряда полипептидов. Дж.
Шеллман и У. Харринггон [119], а также Дж. Эдсалл и Дж. Уиман [120] предположили, что устойчивость а-спирали обусловлена главным образом взаимодействием боковых цепей и поэтому практическое отсутствие стабилизирующего эффекта водородных связей в воде не разрушает спираль, Результаты исследования Гратцера и Доти поли-/.-аланина в водной среде показали, что и такое объяснение не является бесспорным из-за незначительности в данном случае взаимодействий в а-спирали боковых С а-метильных групп [115]. Детальное изучение влияния боковых цепей аминокислот на стабильность а-спирали было проведено Фасманом и Блоутом [12Ц. В частности, установлено, что гомополипептиды валина, изолейцина, серина, треонина, цистеина и пролина в растворах а-спиралей не образукзт.
Этот результат, однако, нельзя трактовать как невозможность всгройки в а-спиральную структуру перечисленных аминокислот. В 1967 г. Шерага и соавт, показали, что участки цепи, состоящие из остатков валина, могут образовывать а-спираль [122]. Влияние различных эффектов на устойчивость а-спирали было обнаружено Блоутом и соавт. при беспорядочном включении валина в поли-/,-метионин [123].
Общая тенденция, однако, заключалась в уменьшении спирального содержания смешанного полимера с увеличением доли валиновых остатков, начиная с 10%. Р. Фразер и соавт., изучив серию полипептидов общей формулы [΄— Ч вЂ” О„)„, где Π— у-метил-Е-глутамат; Ч— Б-валин; х = О, 1, 2, 3, отметили понижение стабильности а-спирали с уменьшением х [124]. Полимер с 20%-ным составом валина (х = 2) не обнаруживал снижения спирального содержания по сравнению с чисгым поли-у-метил-Е-глутаматом.
а-Спиральные и Б-структурные конформации были найдены у многих сополимеров и полимеров с чередующимся порядком аминокислот. Р. Фразер и соавт. [124, 125] исследовали с помощью рентгеноструктурного анализа ориентированные пленки поли-Ь-аланилглицина. Авторы получили типичную для ]3-структуры дифракционную картину, которая ранее наблюдалась для растянутого поли-Е-аланина, р-кератина, фиброина шелка и т.д. Аналогичный результат был получен Фразером и соавт. позднее при исследовании влияния включения глицина в полиу-атил-Е-глутамат [126].
Как и в предыдущем случае, четко наблюдался спиралеразрушающий эффект глицина. Первые исследования зависимости структуры пептида от молекулярной массы выполнены в 1951 г. в лаборатории Бэмфорда и детально описаны в монографии [127]. Баяло замечено, что низкая степень полимеризации твердого образца благоприятсгвует адаптации Б-структуры. Низкомолекулярные образцы поли-у-бензил-Ь-глутамата в среде слабо- полярных растворителей, как показали исследования П. Дотн и соавт. [128, 129], Э. Блоута и А.
Асадуриана [130], существуют в а-, [3- и клубковой формах, причем разбавление смещает конформационное равновесие в сторону а-спирали. Полученные из таких сред пленки поли-убензил-Е-глутамата имеют спиральную структуру с примесью аморфной части. В полярных растворителях, например в муравьиной кислоте, равновесие смещено в сторону [3-структуры, которую принимает твердый полипептид при его выделении из этой среды.
Увеличение длины цепи благоприятствует а-форме. Критический для а-спирали размер цепи колеблется от 6 до 20 остатков. Наиболее детальное и систематическое изучение зависимости а- спирального н 0-структурного содержания от длины цепи было выполнено в 1959 — 1965 гг. Гудманом и соавт. [131 — 144].
Авторами синтезировано несколько серий олигопептидов с различной длиной цепи и исследованы нх физические свойства. Для соединений, состоящих из остатков у-метил-1.-глутамата, а-спнраль в среде диметилформамида и метакрезола не была обнаружена вплоть до гексапептида. Начало ее образовании наблюдается между гепта- и ионапептидом. В трнфторэтаноле содержание а-спирали становится заметным только у нона-уметил-Ь-глутамата.
В среде диоксана олигопептиды с числом остатков от 3 до 11 имеют формы с межмолекулярной ассоциацией, отнесенные к б-структуре. Начиная с додекапептида, доля а-спирали быстро растет. Высокомолекулярный полимер в дноксане имеет болыпее спиральное содержание, чем в диметилформамиде. Олигомеры любой длины в среде дихлоруксусной кислоты находятся в состоянии беспорядочного клубка.
Следующая, изученная Гудманом и соавт., серия олигопептидов состояла из остатков Ц-метил-Е-аспартата. В диметилфор- 32 мамиде пептиды с длиной цепи от двух до шести остатков не содержат регулярных структур; р-структура появляется у октапептида, а а- спираль — у ундекапептида. В смеси хлороформа с дихлоруксусной кислотой р-структура отсутствует, а а-сиираль наблюдается, начиная с ундекапеитида. Серия аланиновых олигомеров (2 — 1О остатков в цепи) изучена в трифтор- и днхлоруксусной кислотах и трифторэтаиоле.
Все соединения в трифторуксусной кислоте имеют форму клубка; в двух других растворителях а-спираль обнаружена только у дека-Е-аланина. Э. Блоут и соавт. предприняли в 1962 г, первую попытку найти зависимость между природой аминокислотньзх остатков гомополипептида и типом наиболее стабильной для него регулярной структуры [145), Для исключения влияния длины цепи на конформацию авторы исследовали большое число пептидов разной природы с высокой степенью полимеризации. На основе полученных результатов гомоиолипеитиды многих природных а-аминокислот были разбиты на два класса; в один из них вошли соединения, образующие а-спираль, в другие— соединения, образующие [3-структуру или беспорядочные клубки. Э.
Блоутом была сформулирована конформационная гипотеза, впервые касающаяся взаимосвязи структуры пептидного скелета и природы боковых цепей. Согласно этой концепции, одни природные аминокислоты ири включении их в пептидную цепь стабилизируют а-спираль, а другие — дестабилизируют; первые получили название спиралеобразующих, вторые — спираленеобразующих. Э. Блоут указывает на две причины, которые могут вызывать ослабление спирали, Одна из них является стерической и обусловлена невыгодными контактами между спиральной основной цепью и боковыми радикалами, имеющими разветвление при атоме С а (валин, изолейцин). Вторая причина связана с наличием в боковой цепи у-гетероатома, который имеет возможность образовывать водородную связь с амидной группой основной цепи (серии, треонин). Эта связь может быть сильной и может конкурировать с внутрицепочечной водородной связью между пептидными группами.
Позднее (1966 г.) Г. Оэр и П. Доти предложили класс спиралеобразующих аминокислот разделить на две группы [146[. В первую группу входят аминокислоты с одним алифатнческим заместителем при атоме С а; соответствующие полипептиды образуют ненапряженные спирали. Во вторую группу были включены все ароматические аминокислоты, полимеры которых образуют менее стабильные спирали из-за стерических затруднений между основной и боковыми цезими. Конформационная гипотеза Блоута положила начало многочисленным поискам простых эмпирических корреляций между аминокислотным составом и спиральным содержанием.
Нельзя сказать, что разделение аминокислот по их влиянию на стабильность а-спирали полипептидов серьезно подкреплялось имеющимся экспериментальным материалом. Скорее наоборот, существующие к тому времени опытные данные свидетельствовали об условности предложенной Блоутом конформационной гипотезы.
В самом деле, уже был известен целый ряд синтетических полипептидов природных а-аминокислот, которые с большой легкостью совершают переход между а- и [)-формами, а также неупорядоченным 2. Проблема белка, т. 2 33 клубком. Реализация той или иной конформации полипептида как в твердом состоянии, так и в растворителе зависит от многих факторов. Подбирая соответствующие внешние условия, можно практически всегда наблюдать у данного полипептида или а-спираль, или р-структуру, или клубок, т.е, множество конформаций, или их конформационное равновесие.
Все это указывает на тонкую зависимость между конформацией полипептида и природой составляющих его аминокислот и отсутствие доминирующей предпочтительности одной формы. Кроме того, даже в случае гомополипептидов правая а-спираль и Д-структура не являются единственно возможными регулярными формами укладки пептндной цели. Е. Брэдбери и соавт. исследовали поли-[3-бензин-Ь-аспартат в твердом состоянии, выделенный в виде пленки из раствора в хлороформе [147, 148[.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
