Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Это не было только неудачей автора; улучшить теорию было невозмомсно, так как она являлась неудовлетворительной в своих исходных позициях. Стало ясно, что неорганическая химия вообще некомпетентна решить первую фундаментальную задачу проблемы белка, и подобные попытки больше не повторялись. Условия для появления иного подхода к рассмотрению вопроса о химическом типе белковых молекул возникли лишь через 40-50 лет, после создания теоретических основ классической органической химии, где центральное положение заняла теория химического строения молекул (18б1 г.). Суть теории сводилась к утверждению, сейчас очевидному, о существовании неразрывной связи между молекулярным строением соединения и его химическими свойствами, что по существу означало формулировку глобальной цели теоретической химии — раскрытие этой связи и установление ее природы.
Автор теории А.М. Бутлеров постулирует положение, согласно которому можно предсказать химическое строение молекулы, т.е. все входящие в нее атомные группы и химические связи, если для данного соединения известны присущие ему химические реакции, и наоборот. На первое место, как необходимые, ставились реакции замещения, расщепления и синтеза. Таким образом, если это предположение справедливо, то все проблемы, возникающие при установлении строения органических молекул, становятся, по выражению Бутлерова, "разрешимыми путем химического опыта". Теория химического строения оказалась чрезвычайно плодотворной.
Не встретив противоречий ни с одним из известных в то время опытных фактов, она открыла широчайшие перспективы для дальнейшего более целенаправленного развития органической химии. После появления стереохимической теории Я. Вант-Гоффа и Ж. Ле Беля (1874 г.) теория Бутлерова, как показала вся последующая 60 история химии, не знала исключений принципиального порядка. Противоречия с теорией не допускались, а при их появлении признавались арте- фактами, что и подтверждалось позднее. Ценность теории состояла еще и в том, что в течение многих десятилетий после ее создания в химии отсутствовали другие способы определения химического строения молекул, Появившиеся в первой половине ХХ в, физнко-химические методы, прежде всего рентгеноструктурный анализ н методы молекулярной спектроскопии, подтвердили (и это поразительно!) практически все результаты предшествующего чисто химического подхода к исследованию строения, в том числе и пространственного, органических молекул.
Иными словами, основные структурные особенности микроскопических частиц были правильно предсказаны при изучении поведения макроскопических систем. Под воздействием впечатляющих достижений органической химии в химии белка постепенно начинает утверждаться представление о том, что познание свойств белковых молекул н их роли в процессах жизнедеятельности неизбежно должно пройти через установление вначале химического типа веществ этого класса, а затем структурных формул конкретных белков.
Положение о том, что знание химической формулы молекулы является необходимым н достаточным условием для понимания ее характерных реакций, стало в химии белка конца Х1Х в. таким же общепринятым, как и в органической химии. Оно уже не нуждалось в особых доказательствах н воспринималось буквально так, что по известной химической формуле всегда можно предсказать характер химического поведения соединения. Первую попытку использовать теорию химического строения органических молекул в химии белка предпринял П. Шютценберже, выдвинув в 1876 г. так называемую урендную структурную гипотезу белковых молекул. К 1891 г.
А.Я. Данилевским была разработана теория химического строения белков, получившая название "теории элементарных рядов". В ней особенно чувствуется стремление автора полнее использовать достижения классической органической химии. В. Кассель предложил в 1898 г. протамнновую гипотезу, базировавшуюся на известных в то время аналитических данных о составе продуктов кислотного н щелочного гидролиза белков.
К этому же кругу работ можно отнести исследования М. Зигфрида (1904 г.), пытавшегося из белковых гидролнзатов выделить ядра" в виде отдельных структур н приписать им определенные химические формулы. Понимание авторами отмеченных теорий необходимости знания структуры не сопровождалось, однако, ясным представлением о способах достижения цели. Предложенные ими формулы в значительной мере представляли собой выраженные в дефинициях органической химии фантазии на заданную тему.
Все они, как и формулы Мульдера, предполагали фрагментарное строение белковых молекул. Даже выдающимся химикам конца Х1Х вЂ” начала ХХ в., особенно после упомянутых выше неудачных попыток, задача химического строения белков стала казаться непостижимо сложной, превышающей методологические возможности органической химии. Во второй половине Х1Х в., пожалуй, впервые к изучению белков проявила интерес биология. Это было связано с начавшимся изучением живой 61 природы на клеточном уровне, которое поставило вопрос о физических, химических и физиологических свойствах основного компонента клеток— белков.
В. Кюне впервые попытался систематизировать и обобщить данные не только кислотного и щелочного, но впервые и ферментативного расщепления белков (были известны лишь пепсин и трипсин). На втой основе он высказал предположение о единой структурной модели белковых молекул, согласно которой они состоят из двух частей. Одна из них — антигруппа, устойчива к действию протеолитических ферментов, другая — гемигруппа, расщепляется ими на аминокислоты и ряд других низкомолекулярных соединений.
Пессимизм в отношении возможностей органической химии решить задачу химического строения белков удалось развеять Э. Фишеру, самому авторитетному химику конца Х1Х вЂ” начала ХХ в. Он выдвинул звристическую идею о полипептидном строении белков, которая включала ряд постулатов, необходимых для формулировки принципов структурной организации молекул этого класса. После создания гипотетической модели Фишером составлена обширная программа ее опытной проверки. Прн ее реализации не было получено ни одного результата, который бы противоречил априори выдвинутому предположению о химическом типе белков.
Все они свидетельствовали о том, что белковые молекулы представляют собой линейные полимеры, построенные из аминокислотных остатков, соединенных пептидными связями. Таким образом, можно было утверждать, что химический тип белков установлен и следует приступить к решению других вопросов первой фундаментальной задачи проблемы— разработке методов анализа и синтеза природных аминокислотных последовательностейй. Последующая история химии белка, однако, развивалась по другому сценарию, на первый взгляд, несколько парадоксальному. Вместо проведения исследований, естественным образом ориентированных как в идейном, так и в методологическом отношении четкими положениями фишеровской теории, наступил длительный (до конца 40-х годов) период иного развития химии белка. От пептидной теории сразу же после кончины Фишера (1919 г.) отошли его ближайшие ученики; Э. Абдергальден, М.Бергман и А.
Фодор. В лучшем случае, многими она стала восприниматься как частная теория, утверждавшая наличие в структуре белка небольших пептидиых фрагментов. Н.Д. Зелинский и В.С. Садиков и почти одновременно Э. Абдергальден предложили в 1923 г. так называемую дикетопиперазиновую теорию строения белков.
Она просуществовала почти четверть века, была популярной, однако далеко не единственной. Н. Трензегор (1923 г.) разработал другую теорию, которая также исходила из предположения, что аминокислоты не преформированы в белке, а возникают вторично, но на сей раз при гидролизе не дикетопиперазиновых циклов, а пирролидоновых и пирроловых колец. Существование пиррольных структур в белковой молекуле он допускал, основываясь на их обнаружении в продуктах сухой перегонки белков и на присутствии пиррольных производных (пролина и гидроксипролина) в гидролизатах. Г1.
Каррер (1923 г,) предполагал участие в построении белковых молекул имндазола и оксазола, а также дике- топиперазинов в нескольких таутомерных формах. М. Бергман (1925 г.) считал, что белки построены из пиперазиновых колец, соединенных между собой валентными и латентными связями. Особое значение он отводил остаткам серина и цистеина, гидроксильные и сульфгидрильные группы которых, взаимодействуя между собой, образовывали сложные циклические соединения.
С. Краффт (1930 г,) предложил для структуры белков так называемую спиразиновую теорию строения, а П Бригль и Р. Хельд (1926 г.) — гидантоиновую. А. Фодор (1930 г.) выдвинул гипотезу, согласно которой белки представляют собой сложные трехмерные сетчатые структуры, включающие кольца различных размеров и разной природы. д, Ринч (1936 г.) предложила еще более экстравагантную циклольную гипотезу строения белковых молекул, которую активно поддержал И. Ленгмюр. Перечень предложенных в 1920-1940 гг. теорий и гипотез можно было бы продолжить, но, по-видимому, приведеных уже достаточно для постановки следующих двух вопросов: чем были вызваны фактический отказ от пептидной теории Фишера и появление такого большого количества существенно отличающихся и даже взаимоисключающих друг друга концепций химического строения белков и почему все они, несмотря на пестроту в химическом отношении, непременно постулировали существование белковых молекул только в форме циклических группировок? Для сложившейся в послефишеровский период ситуации характерно прежде всего наличие заметного несоответствия между достаточно высоким уровнем развития аналитической и синтетической органической химии и неудовлетворительным состоянием белковых исследований.
В химии белка отсутствовали надежные количественные методы выделения, очистки и анализа, а также методы расщепления, гарантирующие от вторичных реакций и образования побочных соединений. По этим причинам, а часто и вследствие неиндивидуальности выделенных белков среди продуктов их распада находили массу самых разнообразных веществ, строение которых органическая химия того времени уже умела анализировать. Поскольку разделить их на первичные и вторичные не представлялось возможным, выбор в каждом случае оказывался случайным, обусловленным вкусами и интуицией автора. Это ответ на вторую часть первого вопроса.
Почему же подавляющее большинство химиков не воспринимали пептидную теорию Фишера? Основных причин, сдерживающих принятие строения белков в виде исключительно линейной полипептидной аминокислотной последовательности, по-видимому, было две. Одна заключалась в том, что структуры такого типа до второй четверти ХХ в. были практически не известны ни среди синтетических органических соединений, ни среди природных веществ. Лишь в 1926 г. Г. Штаудингером было впервые показано, что многие синтезированные им высокомолекулярные вещества представляют собой нитевидные цепи, состоящие из огромного числа звеньев, связанных обычными валентными связями.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
