ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Методы изучения пространственной структуры белков из "Химия биологически активных природных соединений" Несмотря на то что пространственная структура белка зависит от его первичной структуры, до сих пор, зная первичную структуру белка, мы ничего или почти ничего не можем сказать о его пространственной структуре. Это прежде всего связано с тем, что методы исследования пространственной структуры полипептидов и белков еще недостаточно разработаны. Однако уже сегодня намечены основные направления и подходы, подробная разработка которых, видимо, приведет к решению проблемы Во-первых, изучаются предпочтительные конформации модельных соединений — синтетических пептидов и полипептидов, во-вторых, разрабатываются математические и теоретические методы расчета предпочтительных конформаций, в-третьих, создаются методы исследования пространственной структуры конкретных природных белков. [c.148] Для выяснения роли отдельных факторов при образовании и разрушении спиральных и складчатых структур в полипептидных цепях белков были использованы синтетические пептиды и полипептиды Это позволило дифференцировать характер влияния на пространственную структуру природы входящих в белок аминокислот, природы растворителя, pH, температуры и т. п. [c.148] С другой стороны, такие гомополипептиды, как ноли-0-ацетил-/у-се-рин , могут иметь р-складчатую конформацию, которая в зависимости от природы растворителя склонна переходить в статистический клубок. Эти переходы удобно наблюдать по изменению удельного вращения (рис. 20). [c.149] Переход к беспорядочной конформации сопровождается резким уменьшением удельного вращения. [c.149] Удалось показать, что кривые дисперсии оптического вращения а-спиральных полипептидов дают эффект Коттона в области от 233 до 198 ммк (рис. 21), причем амплитуда волны связана с количеством а-спиральных участков в молекуле. Была измерена величина этого эффекта для 28 природных белков главным образом ферментов, и обнаружено, что двадцать из них дают эффект Коттона аналогично поли- -глутаминовой кислоте, которую при pH 4,35 можно считать полностью а-спиральным полипептидом. [c.149] Путем изучения инфракрасных спектров удалось установить закономерности в структуре полимерных аминокислот Хак, наличие водородных связей определяется по смещению амидных полос поглощения в области 1650 см и 1550 см , а также в области 3200—3500 см . [c.149] Для установления направления водородных связей в молекулах полипептидов используется явление дихроизма характеристических полос поглощения в инфракрасной области спектра Метод основан на зависимости интенсивности поглощения поляризованных инфракрасных лучей от угла, под которым направлено излучение на определенным образом ориентированные структурные элементы полипептидной цепи. В предельном случае, когда направление поляризованного луча параллельно направлению данного элемента структуры (например, водородной связи), поглощение оказывается минимальным. [c.149] Детальное изучение стереохимических особенностей простых пептидных систем очень перспективно, так как позволяет найти те общие закономерности, которые лежат в основе образования сложных пространственных структур природных белков. [c.150] В настоящее время существует только два метода непосредственного изучения пространственно структуры белков 1) рентгеноструктурный анализ 2) дисперсия оптического вращения и циркулярный дихроизм. [c.150] Атомы тяжелых металлов, таких, как золото, ртуть, серебро и т. д., дают на рентгенограммах рефлексы, которые легко идентифицировать. Это можно использовать при изучении структуры белков в случае, если введение в специфические участки молекул белков атомов тяжелых металлов приводит к образованию изоморфных (кристаллографически тождественных) кристаллов. Метод изоморфного замещения впервые был предложен и с успехом использован Перутцем для изучения структуры гемоглобина лошади, а вскоре применен Кендрью для исследования строения миоглобина спермы кита. При этом существенное значение имело увеличение разрешающей способности рентгеновских установок, применение автоматических дифрактометров и использование электронносчетных машин для обработки получаемой информации. [c.150] Результаты, полученные при разрешающей способности 5,5 и 6 А, позволили определить расположение группы гема и общие черты третичной структуры молекулы миоглобина (рис. 23). При разрешении 2 A оказалось возможным уточнить в деталях расположение в пространстве отдельных групп атомов (вторичную структуру), а также идентифицировать многие боковые радикалы, что позволило построить атомную модель белка. Данные, полученные этим методом согласовались с результатами определения аминокислотной послсдонательности, проведенного для миоглобина спермы кита . [c.151] Метод рентгеноструктурного анализа дал возможность получить картину пространственного строения первого природного белка. Оказалось, что молекула миоглобина изогнута сложным и несимметричным способом, давая почти правильную призму с размерами 45X35X25 A. Было показано, что около 118 из 151 аминокислотных остатков цепи участвуют в образовании восьми сегментов, имеющих а-спиральную конформацию. Структура чрезвычайно компактна, все полярные группы располон ены на поверхности молекулы. Внутри молекулы сосредоточены неполярные остатки, тесно упакованные и связанные в результате гидрофобного взаимодействия с соседними неполярными группами. [c.151] Эти исследования в основном подтвердили правильность существующих воззрений на принцип организации белковых цепей в пространстве и природу сил, ответственных за это. [c.151] Поглазов изучая белки хвостовых чехлов бактериофага Т-2, показал, что они с трудом растворяются в нейтральной среде. Полностью их можно растворить в щелочных растворах, причем из каждого исходного чехла образуется 144 отдельных структурных элемента протомера). Если полученный раствор подвергнуть диализу, то в электронны микроскоп можно наблюдать образование целых чехлов из протомеров. [c.152] Электронная микроскопия в сочетании с рептгеноструктурным анализом была успешно применена при изучении четвертичной структуры каталазы — фермента, построенного из четырех одинаковых цепей субъединиц). [c.152] Перечисленные методы были применены для изучения двух крупных групп белков — фибриллярных и глобулярных, которые значительно отличаются по пространственной структуре и выполняемым функциям. [c.152] Исследование фибриллярных белков. Типичными представителями фибриллярных белков являются фибриноген, коллаген, кератин кожи и волос, миозин мышечной ткани, фиброин шелка. Белки данной группы нерастворимы в воде и относительно устойчивы к действию ферментов. Фибриллярные белки состоят из вытянутых цепей, что согласуется с размерами их молекул. Фибриноген и коллаген имеют соответственно молекулярный вес 450 ООО и 350 ООО и размеры 40 40 700 и 14 14 3000 А. Эти данные позволяют судить об особенностях третичной структуры фибриллярных белков. Молекулы их, по-видимому, составлены из полипептидных цепей, параллельных оси волокна. [c.152] Вернуться к основной статье