Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Однако новый взгляд на структуру полимеров вначале не был принят научной общественностью. Вторая причина связана с трудностью, испытываемой биохимиками и органиками начала ХХ в., совместить в сознании линейную 63 белковую цепь с глобулярной, детерминированной в физиологических условиях формой молекулы огромной массы. В то время мало что было известно о невалентных взаимодействиях атомов. Отсюда стремление к валентным циклам.
Существовало и другое представление о белках, как об очень подвижных, ни на что не похожих веществах, Хотя оно было малопродуктивным, тем не менее его придерживалось большинство биохимиков. Их взгляды отражает следующее высказывание В.С. Садикова, одного из авторов дикетопиперазиновой теории. В 1933 г., т.е. спустя десять лет после созданной им вместе с Зелинским теории, он писал: "...белковые вещества являются не обычнылзи, хотя и весьма сложными органическими соединениями, а органическими соединениями, своеобразными вследствие того, что они способны переходить в какое-то крайнее лабильное состояние, свойственное живому организму..., в виду своей сверхлабильности нативные белки не имеют постоянства состава и постоянства строения; это вещества с неопределенным текучим составом и текучим строением" 13.
С. 81]. От истинного строения белков такое представление находилось столь же далеко, как и представление Мульдера. Впрочем, высказанная Садиковым мысль о физической и химической неопределенности белков также не была оригинальна. Задолго до него Э. Пфлюгер делил белки на "живые" и "неживые", а Э. Геккель представлял их в виде чуть ли не одушевленных бесструктурных микрочастиц организма, которым отказывал не только в детерминированной пространственной структуре, но и в постоянном химическом строении. Примечательно, что и сам Э. Фишер не считал свою пептидную теорию полностью адекватной реальному химическому строению белковых молекул.
Он допускал присутствие в структуре белков дикетопиперазнновых циклов, а также существование большого числа разнообразных химических связей между функциональными группами боковых цепей аминокислотных остатков. Э, Фишер представлял ферменты 1которые он едва ли не единственный уже в конце Х1Х в. считал белками или близкими к ним) в виде "специальных машин сложнейшей конструкции", функциональная специфичность которых обусловлена взаимодействиями по принципу "замка и ключа".
Поскольку он, как и его современники, исключительное значение в формообразовании белков придавал только валентным связям, то пространственное строение белковой молекулы представлял себе в виде глобулярной структуры, в которой свернутая пептидная цепь, включающая одиночные дикетопиперазиновые циклы, дополнительно сцементнрована сложной сетью радиальных химических связей между боковыми цепями аминокислот. "Я почти не сомневаюсь в том, — писал Фишер, — что органический мир, обнаруживающий колоссальное разнообразие в морфологическом отношении, в химическом отношении, в частности в построении белков, далеко не подчиняется тем ограничениям, которые предписывает ему наше неполное знание" 14.
С. 3561. Следовательно, теория Фишера была строгой только в констатации значительного содержания в белковых молекулах полипептидных фрагментов. Положение о полностью линейном полипептидном строении белков могло быть тогда лишь гипотетическим. Однако такой гипотезы ин Фишер, ни кто-либо другой не выдвигали. Можно утверждать, что даже если бы она и была кем-то предложена, то доказать ее в то время только методами органической химии не представлялось возможным.
В окончательном решении этого вопроса органическая химия, как в свое ~Рема неорганическая, оказалась некомпетентной. Установление химического типа белков (и только белков!) является для чисто химических методов принципиально неразрешимой задачей, так как белки не являются классическими объектами органической химии. Они обладают практически неограниченной химической потенцией, и их исключительность состоит не в особой склонности к тем или иным, вполне определенным и характерным только для ннх химическим реакциям, а, напротив, в их универсальности. Химическое поведение белков характеризуется необозримо широким спектром действия, несопоставимым по своему функциональному многообразию с действиями любого другого класса молекул живой и неживой природы илн соединений, синтезированных человеком.
Именно благодаря универсальным биохимическим свойствам белков назначение генетического аппарата любого живого организма сведено только к нх синтезу. В органической химии аналитические методы основаны на эмпирическом тестировании реакций, на выявлении тех химических особенностей, которые присущи лишь данному типу молекул или атомных групп. Со времени Бутлерова считалось незыблемым, что такому условию удовлетворяют все синтезируемые соединения.
Не явились исключением здесь и жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты. Поэтому определение типов их молекулярного строения на чисто химической основе не встретило непреодолимых осложнений. Подчеркнем, что сказанное относится ко всем природным и синтетическим полимерам, в том числе и к ближайшим искусственным аналогам белков— полнаминокислотам. Таким образом, предпринятые после Фишера попытки решить с помощью органической химии структурную задачу белков не достигли и не могли достичь цели. История химии белка данного периода скорее свидетельствует об обратном — имевшее место увеличение количества химических данных о белках сопровождалось ростом неопределенности в понимании их химического строения.
Изучение на такой основе белков не приближало, а, напротив, уводило в сторону от решения этой типичной по своей постановке для синтетической органической химии задачи. На рубеже Х1Х-ХХ вв. к изучению белков подключаются физическая химия, а немного позднее — новейшая физика, что, однако, далеко не сразу стало способствовать решению задачи. И здесь обилие новых данных, на первых порах неправильно истолкованных, приводило к тому, что белки представлялись еще более загадочными как в физическом, так и в химическом и биологическом отношениях. Физические исследования белков начались с изучения их коллоидного состояния, выявления диффузионных, осмотическнх, седиментацнонных и электрохимических свойств. Впервые было получено представление о форме и размерах большого числа белков в активном состоянии, а также достаточно надежно определены их молекулярные массы.
При существовавшем в первые десятилетия ХХ в. УРовне знаний о строении молекул, тем более макромолекул, новые 3. Проблема белка, т 3 65 физические данные в наибольшей мере отвечали структурам, построенным нз валентно-связанных между собой циклов, обладающих высокой реакционной способностью. Начавшееся физическое изучение белковых молекул со временем приобретает исключительно важное значение. Физика привнесла в эту область строгость и глубину своих воззрений и концепций, количественные теоретические и экспериментальные методы.
Квантовая механика, работы В..Кеезома (19~ 6 г.), Д. Дебая (1920 г.), В. Гейглера и Ф. Лондона (1928 г.), Ф. Хунда (1928 г.), Э. Хюккеля (1930 г.), Дж. Леннарда-Джонса (1931 г.), Л, Полннга (1936 г.) и многих других физиков подвели черту под развитием классической органической химии и заложили основы современной теоретической химии (квантовой механики молекул или квантовой химии). Они показали, что помимо валентных взаимодействий атомов существуют и могут оказывать заметное влияние на химическое поведение и формообразование молекул, особенно макромолекул, ранее не принимавшиеся во. внимание невалентные взаимодействия атомов (дисперснонные, электростатические, торсионные, водородные связи).
Для познания белков, чувствительных к внешним условиям, использование физических н физико-химических методов, гарантирующих, как правило, не только химическую, но и пространственную целостносгь молекул, имело важное, часто определяющее значение на всех этапах исследования белков: от выделения и очистки до установления пространственной структуры и выяснения механизмов функционирования. Таким образом, к решению задачи химического строения белков присоединилась еще одна область естествознания — физика. С 1920-х годов белок становится объектом всесторонних химических, биологических и физических исследований, а проблема белка (в ту пору она сводилась, по существу, только к установлению химического типа белковых молекул) — проблемой всего естествознания. Если белки в чем-то и проявляют общность в химическом поведении, позволяющем отнести их к одному классу веществ, то это только по отношению к протеолитическим ферментам.
Подробно о становлении н развитии энзимологии, а также о механизме ферментативного расщепления белков говорится в следующем томе настоящего издания. Сейчас важно отметить, что в рассматриваемый период в этой области произошли глубочайшие изменения. Обратим внимание лишь на два события, которые оказали решающее влияние на изучение химического строения белковых молекул.
Первым из них явилось установление Дж. Самнером (1926 г.) и Дж. Нортропом (1930 г.) белковой природы ферментов, что привело к совмещению задач химического и пространственного строения последних с задачами остальных белков. Второе событие заключалось в строгом доказательстве Э. Вальдшмндт-Лейтцем (1930-е годы) исключительно аминокислотного состава белкового гндролизата, полученного при дробном ферментативном гидролизе, т.е.
комбинированном действии представительного набора ставших известными к тому времени протеолитических ферментов. З. Вальдшмидт-Лейтц показал, что белки являются линейными полипептндами, звенья которых состоят из двадцати стандартных аминокислот с (.-конфигурацией центрального углеродного ЬЬ атома (С"). Итак, тип химического строения белков был усгановлен, придем установлен с помощью самих же белков биологическими методами, а не методами органической химии. К середине 1940-х годов пептидная теория белков Фишера и Вальд,пмидт-Лейтца была почти повсеместно принята.
Встал вопрос о точном знании деталей химического строения, т.е. о конкретном порядке расположения аминокислот в белковых цепях. Впервые такое сложное исследование удалось провести в течение десятилетия (1945 — 1954 гг.) Ф Сенгеру, определившему аминокислотную последовательность инсулина. Вторым белком была рибонуклеаза А. Полная структура этого фермента расшифрована С. Муром, К. Хирсом и У. Стейном (1960 г.). Вскоре идентификация химичекого строения белков стала производиться с помощью автоматических секвенаторов и приобрела рутинный характер. Однако достижения в решении первой фундаментальной задачи проблемы белка не принесли удовлетворения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
