Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 146
Текст из файла (страница 146)
Таким образом, прпведенные в табл. 1Ч.21,6 частоты, объективно отражающие реальную ситуацию в кристаллических трехмерных структурах белков, позволяют сделать однозначный вывод о том, что аминокислотные остатки в отношении своих парных взаимодействий не обладают исключительной предпочтительностью к отдельным партнерам. Для сборки белковой цепи в нативную конформацню и ее стабилизации важны не взаимодействия 26 пар аминокислот-антиаминойислот (табл. 1Ч.2(,а), а кооперативный эффект одновременного взаимодействия не двух, а целого ряда сближенных друг с другом остатков. Для каждого аминокислотного остатка эффект определяется его координационным числом, т.е.
количеством сближенных с ним на ван-дер-ваальсовы расстояния остатков, а также природой их белковой цепи. Это заключение перечеркивает утверждение Меклера о существовании кода А-А, которое, кстати, противоречило в момент его появления уже существовавшим экспериментальным данным, Следовательно, постановка самой проблемы в конце 1960-х годов не была оправдана, Таков ответ на второй и автоматически на третий поставленные выше вопросы.
Если под кодом понимать ограниченный набор четких правил, выполняемых белковой цепью при структурной самоорганизации с величайшей точностью и высочайшей надежностью, как это имеет место в случае правил, управляющих биосинтезом белка, то можно априори утверждать, что существование кода А-А невозможно. Трансляционный генетический код определяет химическое строение полипептидной цепи путем последовательного присоединения аминокислот, каждая из которых (нх всего 20) в отношении своей валентной схемы всегда одна и та же. Предполагаемый стереохимический код А-А не может в принципе фиксировать для каждого аминокислотного остатка одно и то же конформационное состояние.
Это однозначно подтверждается экспериментально, 535 помимо уже приведенных данных, наличием в трехмерных структур „ белков у химически одинаковых остатков большого числа различиь,„ пространственных форм. Например, у остатков 1.уз и Лгд их мн„„ десятков, а в среднем у одного из 20 стандартных остатков число фор,„ превышает 1О. Кроме того, многочисленные результаты конформациои ного анализа, в том числе представленные в этой книге, свидетельствук, о том, что встречающиеся в белках формы амннокислотных остатков практически изоэнергетичны, т.е.
равновероятны. и являются самыми предпочтительными для свободных аминокисло~. В том случае, если бм пары остатков А-А проявляли при взаимодействии специфичность, это должно было бы выразиться прежде всего в стереокомплемснтарности их конформационных состояний и, следовательно, привести к унификации для данных остатков А и А пространственных форм комплексов Л вЂ” А в структурах всех белков, что не наблюдается. Как полагают Меклер и Идлис, "обязательный компонент любоя Л-А-связн — водородная связь, образующаяся между полярной группой боковой цепи одного аминокислотного остатка и карбонилом остова полипептидной цепи — компонентом амииокислотного остатка-партнера" (352. С. 43).
Вокруг таких водородных связей имеются гидрофобные рубашки, "защищающие их от атаки молекулами растворителя, а первую очередь, воды. Таким образом Природа обеспечивает образование особых, ранее неизвестных, специфических связей между аминокислотами — Л-А- связей" (352.
С. 44). Из описанной структурной модели А-А-комплекса, однотипной для всех 26 пар аминокислотных остатков, не ясно, по ~ему водородная связь является "обязательным компонентом любой А-Л- связи". Это исключено по целому ряду причин. Во-первых, стабилизирующая энергия водородной связи, даже если она экранирована от контактов с водой, во много раз уступает суммарной энергии других видов невалентиых взаимодействий, прежде всего, дисперсионной энергии, Во-вторых, точечное взаимодействие двух атомов этого "обязательно~о компонента" не может обеспечить стереокомплементарность остатков А и Л.
Напротив, как хорошо известно 1353), взаимное расположение групп С=О и Н-О (Н-Х) определяется не столько самой водородной связью, сколько потенциальной энергетической поверхностью окружающих ее атомных групп. Она реализуется только в том случае, если удовлетворяет требованиям других видов невалентных взаимодействий, среди которых наибольшие ограничения накладывают ван-дер-ваальсовы взаимодействия.
В-третьих, сближенность акцептора и донора протона требует определенной ориентации друг относительно друга основной цепи одного остатка и боковой цепи другого, что должно лишать конформационной свободы оба аминокислотных остатка и вести к реализации у всех пар А-А-связей данного типа одинаковых конформационных состояний. Такая унификация пространственного строения А — А-комплексов, как отмечалось, противоречит эксперименту.
И наконец, в-четвертых, с предложенной моделью А-А-связи не согласуется четко проявляющаяся в трехмерных структурах белков тенденция боковых цепей заряженных остатков (Агд, (.уз, О)п, Азр), находящихся на поверхности глобулы принимать полностью развернутые конформации и ориентироваться в 536 еду, а нс выискивать "свои" антиаминокислоты для образования А-связей. Если предположить, что специфические взаимодействия аминокислот с иаминокислотами все же существуют. несмотря на ошибочность предженной для А — А-связи структурной модели с водородной связью как язательным компонентом", то естественен в этом случае вопрос, чем же тогда может заключаться исключительность пар А-А и какова ическая причина их энергетической предпочтительности по сравнению другими парными контактами. Меклер и Идлис такой вопрос не только обсуждают, но даже не ставят.
Они просто декларируют, что полярные атки комплементарны неполярным. В чем же можно усмотреть реокомплементарную предпочтительность О1у-А1а, Рго-б!у, 1.уз-А!а, осящихся к А — А-парам остатков, перед, например, Тгр — 1.еп, Р1зе-Туг, я-б1п, не принадлежащих к избранным меклеровским парам А — А и, едовательно, не оказывающих определяющего влияния на формнроние белковой глобулы [352]? Ввод кода А-А, согласно котором> полярйые и заряженные остатки образуют специфические контакты исклюйительно с неполярными, подрывает физические основы общепринятых актовок межмолекулярных взаимодействий, в частности, концепций , Ленгмюра и У. Козмана о взаимодействиях гидрофобиых и гидрольных атомных групп.
По-видимому, первые попытки Меклера испольйовать свой стереохнмический код А-А для предсказания пространствен- Г го строения белковь>х молекул не привели к желаемым результатам. олька этим, вероятно, можно объяснить также ни на чем не основанное Ртверждение о существовании двух стабильных структур белков — "жид11ой" и "твердой" н введение еще одного специального стереохимического з1ода — П-К, транслирующего первую структуру во вторую.
Свое йбозначение он получил в честь Л. Полинга и Р. Кори, хотя они не имеют к нему никакого отношения. "Жидкий" белок является биологически ктивным и может существовать только в разбавленных растворах; Экспериментально его структура не идентифицируется и, следовательно, йстается неизвестной, При кристаллизации белка, а также в концентри1зованных растворах "жидкая" структура переходит в "твердую", которая вюжет наблюдаться с помощью рентгеноструктурного анализа. Причины яватвердевання" Меклер и Идлис видят в потере белком конформационной йвободы, вызванной ассоциацией молекул и изменением внешних условий. Опасение, что пространственное строение белков в кристалличесйой решетке отличается от строения в растворе возникло давно, еще йп расшифровки первых рентгенограмм белковых молекул.
Ф. Крик, мж. Кендрью и М. Перутц в начале 1950-х годов обращали внимание на существенные различия в свойствах кристаллов белков н низкомолекуПярных соединений, Для первых прежде всего характерна высокая степень гидратации, так что приблизительно треть веса белкового кристалла составляет вода. Поскольку природа среды определяет структуру белка,она не должна изменяться при кристаллизации.
Это подтверждается экспериментально. По данным ЯМР в белковых кристаллах вода имеет наряду с гидратной также и "жидкую" фазу. Далее, в кристаллах белков имеется небольшое число контактов между соседними молекулами. 537 Например, в кристаллах миоглобина и гемоглобина их от 5 до ]0 ° а лизоцима — всего 5. Дж.
Рапли, детально изучивший этот вопрос, в сво обзоре пишет: "...кристалл глобулярного белка можно рассматривать как упорядоченный и открытый ансамбль компактных молекул, имеющв вх почти что минимальный контакт с областью, не занятой твердь,„ веществом. Эта область составляет около половины объема кристалл„. она непрерывна, заполнена растворителем, аналогичным основной мас жидкости, и состоит из каналов, способных вместить молекулы соединений с молекулярной массой более 4000" ]354. С. 257]. Полностью исключи~ возможность отклонения структуры белка в кристалле от структуры растворе тем не менее нельзя. Но несомненно и то, что в большинств~ случаев изменения могут коснуться только положений некоторых боковых цепей в областях контактов на периферии глобулы. Вероятность, что конформационные нарушения произойдут, и произойдут именно в актив.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
