Пространственное строение синтетических полипептидов

Интенсивное изучение пространственного строения синтетических полипептидов продолжалось в течение 1950-х и первой половины 1960-х годов. Были привлечены практически все известные физические и физикохимические методы, позволяющие получать информацию о строении молекул в твердом состоянии и в растворах. Наибольшее количество данных было получено с помощью рентгеноструктурного анализа, методов рассеяния рентгеновских лучей под малыми углами, дисперсии оптического вращения, кругового дихроизма и дейтерообмена, с помощью обычных и поляризованных инфракрасных спектров. Из полученного при исследовании синтетических полипептидов огромного экспериментального материала, однако, не удалось сделать обобщающих заключений о причинах стабильности регулярных структур и сказать что-либо определенное на этой основе о принципах структурной организации белков. И тем не менее, результаты исследования повсеместно были восприняты как подтверждающие ставшее общепринятым представление о том, что пространственное строение белковой глобулы представляет собой ансамбль унифицированных регулярных блоков вторичных структур, прямую информацию о геометрии которых дают высокомолекулярные синтетические пептиды. а-Спиральная концепция Полинга не только не была поставлена под сомнение, но еще более утвердилась. В 1967 г. Г. Фасман писал "Общепризнано, что лишь несколько конформаций, благодаря своей внутренней термодинамической стабильности, будут встречаться наиболее часто и, по-видимому, именно они составляют общую основу белковой структуры" [5. С. 255]. Между тем, в то время уже были известны факты, настораживающие от безусловного принятия а-спиральной концепции Полинга. Но они выпадали из множества других фактов, согласующихся с традиционным представлением, казавшимся логичным и правдоподобным, к тому же не имевшим альтернативы. Поэтому на данные, противоречащие концепции Полинга, долгое время не обращали внимания. [c.72]

ПРОСТРАНСТВЕННОЕ СТРОЕНИЕ СИНТЕТИЧЕСКИХ ПОЛИПЕПТИДОВ [c.28]

В заключение отметим наиболее важные результаты общего характера, полученные приблизительно за пятнадцатилетний период (1950— 1965 гг.) экспериментального исследования пространственного строения синтетических полипептидов. [c.36]

Изучение пространственного строения глобулярных белков в период, непосредственно следующий за открытием Полингом и Кори а-спиралей и -структуры (1950-е годы), может показаться на первый взгляд менее впечатляющим по сравнению со структурными исследованиями того же периода синтетических полипептидов. Однако если в то время исследователи полипептидов уже сказали все или почти все, что они могли сказать полезного о пространственной организации белковых молекул, то у ученых, занимавшихся кристаллографией глобулярных белков, решавших в 1950-е годы свои внутренние проблемы, все еще было впереди. Для того чтобы прийти к результатам, которые потом составят целую эпоху в развитии молекулярной биологии и кристаллографии макромолекул, необходимо было преодолеть целый комплекс методических трудностей. Сейчас очевидно, какая колос- [c.38]

В большинстве работ эмпирические правила выводятся путем статистического анализа белков известного пространственного строения. В ряде других исследований привлекаются также термодинамические функции перехода спираль-клубок синтетических полипептидов, используются атомные модели, стереохимические правила и данные различных физико-химических методов есть работы, в которых эмпирический подход сочетается с расчетом упрощенных моделей белковой цепи. Таким образом, методологической основой рассматриваемого круга исследований служат статистический анализ, стереохимия и равновесная термодинамика. [c.243]

После опубликования работ Полинга и Кори стремительное развитие получило изучение пространственного строения синтетических полипептидов, начатое незадолго до этого Астбэри, Амброзе, Бэмфордом, Эллиоттом и др. Возникла надежда, граничащая с уверенностью, что изучение гомополипептидов различных аминокислот сможет существенно помочь в установлении принципов пространственной организации белков. Казалось, что оптимизм вполне оправдан, так как было показано, что синтетические полипептиды реализуются, хотя бы частично, в тех же [c.71]

В упомянутых исследованиях основное внимание уделялось спиральным конформациям гомополипептидов, на которые в то время возлагали большие надежды как на ближайших структурных аналогов белков. Действительно, пространственное строение синтетических полипептидов и белков определяется одними и теми же видами взаимодействий между валентнонесвязанными атомами и одинаковой природой этих взаимодействий. Химическая регулярность синтетических полипептидов допускает реализацию ограниченного числа периодических структур, которые, как показали рассмотренные исследования, сравнительно легко оцениваются теоретически. Они-то прежде всего и привлекали к себе внимание, поскольку трехмерные структуры белков представлялись в соответствии с концепцией Полинга-Кори набором регулярных вторичных структур. Автор не стоял на этих позициях и уже тогда был убежден, что гетерогенность аминокислотных последовательностей белков должна вести не только к регулярным, но главным образом к множеству апериодических структур. Наши исследования в данной области, начавшиеся в 1968 г, [20] также под влиянием работы Рамачандрана и соавт. [58], имели иное назначение. Они были направлены исключительно на изучение конформационных возможностей свободных монопептидов и после своего завершения составили содержание первого этапа на пути к решению структурной проблемы белковых молекул. Главные цели этих первых конформационных иссле- [c.156]

Книга состоит из трех частей. В первой части рассмотрены история экспериментальных исследований пространственного строения синтетических полипептидов и белков и складывающиеся на этой основе представления об их молекулярной структурной организации. Особо выделены три события, во многом определивших последующее развитие этой области и становление самой молекулярной биологии. Первые два вызваны появлением в 1951 г. работ Л. Полинга и Р. Кори и в 1959 г. работы У. Козмана, которые сразу же обратили на себя внимание научной общественности и оказали сильное стимулирующее влияние на теоретическое и экспериментальное изучение пространственного строения белков. Третье событие произошло на рубеже 1950—1960-х годов и было связано с расшифровкой Дж. Кендрью и М. Перутцем трехмерных структур первых белковых молекул. Наибольшее внимание в первой части, как и в двух других, уделено анализу современных исследований и перспективам развития. Вторая часть книги посвящена детальному анализу эмпирического подхода к предсказанию вторичных структур и более высоких уровней пространственной организации глобулярных белков. В отдельной главе отмечены перспективы развития этого подхода. В третьей части изложена история исследований механизма свертывания белковой цепи в нативную конформацию в условиях in vitro и in vivo. В последней главе рассмотрена общая теория структурной самоорганизации белка, разработанная на основе нелинейной термодинамики неравновесных процессов. [c.6]

Начатое незадолго до 1951 г. Астбери, Амброзе, Бэмфордом, Эллиоттом и другими изучение пространственного строения синтетических полипептидов получило после опубликования работ Полинга и Кори стремительное развитие. Повышенный интерес к таким соединениям был стимулирован результатами уже первых работ в этой области, которые вселили надежду, что исследование гомополипептидов может существенно помочь в решении одной из основных задач проблемы белка — установлении принципов пространственной организации белковых молекул. Такой оптимизм в то время казался вполне оправданным. Синтетические полипептиды состоят из тех же структурных элементов, что и белки, и, следовательно, конформации тех и других определяются одними и теми же видами взаимодействий. Учитывая одинаковую природу в обоих случаях взаимодействий между валентно несвязанными атомами, можно было полагать, что изучение структуры более простых по химическому строению синтетических полипептидов при относительной легкости целенаправленного моделирования аминокислотного состава, последовательности и длины пептидной цепи поможет выяснить основные факторы, ответственные за формирование пространственного строения белков. Особое значение эти соединения приобрели в связи с обнаруженной общностью между их структурами и структурами природных полипептидов — фибриллярных и глобулярных белков. Первые же исследования показали, что синтетические полипептиды образуют два главных типа структур, аналогичных а- и -формам кератина, миозина, фиброина шелка и др., которые, как и в случае белков, могут обратимо переходить друг в друга. После работ Полинга и Кори эти формы были интерпретированы как а-спираль и -структура складчатого листа. Еще более обоснованной стала выглядеть основная, а по существу единственная в то время структурная гипотеза белков, согласно которой их пространственное строение представлялось в виде [c.28]

Впоследствии из тканей гипофиза и гипоталамуса млекопитающих были выделены и другие полипептиды с аналогичной физиологической активностью. Такие полипептиды, как природные, так и синтетические, получили название опиоидные полипептиды. Все они характеризуются присутствием остатка энкефалина в М-концевой области цепи. Их действие обусловлено способностью связываться с опиатными рецепторами организма вследствие сходности пространственного строения энкефалинового фрагмента и морфина (алкалоида опиумного мака). [c.82]

Так как при статистическом анализе невозможно учесть взаимодействия боковых цепей и определить их конформации, то и нельзя на основе эмпирического подхода прийти к пониманию принципов пространственной организации белковой молекулы. Ведь именно сложнейшая, строго упорядоченная, однако не сводящаяся к регулярной, система взаимодействий боковых цепей специфична для каждого природного аминокислотного порядка, а поэтому только она и ответственна за практически беспредельное многообразие трехмерных структур белковых молекул и их динамических конформационных свойств. Реализующееся пространственное строение белка определяется конкретной аминокислотной последовательностью. В силу уникальности последней ее нативная геометрия непредсказуема на основе среднестатистических характеристик уже изученных белков. Вероятностный подход адекватен синтетическим полипептидам, строение и свойства которых статистичны и описываются равновесной термодинамикой и статистической физикой. Белок же в физиологических условиях однозначно детерминирован как в отношении своих конформационных свойств, так и функции, и должен являться объектом рассмотрения нелинейной неравновесной термодинамики. [c.80]

Подводя итог циклу работ Полинга и Кори, можно отметить следующее. 1. Были четко сформулированы геометрические требования к полипептидной цепи, в основу которых положены экспериментальные данные о геометрических параметрах амидов и простейших пептидов, водородной связи N—Н..,0=С, а также представление об электронном строении пептидной группы, следующих из первых квантовохимических расчетов. 2. Для своего времени Полинг и Кори наиболее детально учитывали условия упаковки полипептидной цепи, считая стабильными те конформации, которые отвечали минимумам торсионных потенциалов. Тем самым косвенно учитывались невалентные взаимодействия атомов, так как торсионные потенциалы не противоречат атом-атом-ным потенциалам ван-дер-ваальсовых взаимодействий. 3. Для полипептидной цепи предложен ряд структур, среди которых выделены в качестве самых стабильных а-спираль и Э-складчатый лист. Позднее стали ясны причины уникальности этих структур. В а-спирали и (3-складчатом листе имеет место полная согласованность между всеми видами взаимодействий. Они являются оптимальными не только с точки зрения стопроцентной реализации пептидных водородных связей, на что прежде всего обращали внимание Полинг и Кори, но отвечают также наилучшим условиям невалентных взаимодействий атомов пептидного остова и минимумам торсионных потенциалов. Структуры Полинга и Кори удовлетворяли наблюдаемым картинам рентгеновской дифракции, поляризованным инфракрасным спектрам, равенству плотностей а- и р-форм, объясняли эластичные свойства фибриллярных белков и полипептидов, т.е. обратимый а Э-переход 4. Л. Полинг и Р. Кори, проанализировав опытный материал, касающийся пространственного строения белков и синтетических полипептидов, пришли к выводу об их структурной общности. [c.24]

В то же время обнаруженные у гомополипептидов всех природных а-аминокислот многообразие форм и многочисленность влияющих на структуру факторов, а также отсутствие даже в случае простейших полипептидов должного понимания причин реализации у них различных конформаций указывали на то, что вопрос об общности структур искусственных и природных полипептидов не является столь простым, как это представлялось ранее. Предложенная Блоутом конформационная гипотеза разделения аминокислот на спиралеобразующие и спираленеобразующие опиралась на ограниченный экспериментальный материал. Она не согласовывалась со многими, известными в то время фактами. Популярность этой гипотезы можно объяснить лишь отсутствием альтернатив. Структурные исследования синтетических полипептидов не оправдали первоначальной надежды найти простые корреляции между химическим и пространственным строением полипептидов. Полученные экспериментальные данные показали, что таких простых корреляций не существует даже в рамках гомополипептидов. [c.38]

Прежде чем рассмотреть предположение о доминирующей роли в структурной организации пептидов взаимодействий элементов основной цепи по существу, отметим иллюзорность самой надежды сделать на такой основе решение задачи более строгим и упростить расчет. При объективном подходе к анализу это предположение нисколько не облегчает вычислительную процедуру, а даже, напротив, усложняет ее. Для каждого фрагмента приходится теперь сталкиваться с проблемой выбора критического интервала не один раз, а дважды - для аланиновой модели и реального пептида, причем в первом случае неопределенность в выборе никак не меньше, чем во втором. Для иллюстрации сказанного приведем цифры, полученные для тетрааланина. Полностью развернутая структура его основной цепи (В-В-В-В) проигрывает а-спиральной форме (R-R-R-R) около 8,0 ккал/моль. Исключение такой структуры будет неоправданным шагом, поскольку у реальных гетерогенных тетрапептидов при оптимальной укладке боковых цепей она практически изоэнер-гетична, а иногда даже предпочтительнее а-спирали. Если же включить в расчет развернутую форму основной цепи, т.е. выбрать для модельного пептида энергетический интервал отбора 0-8,0 ккал/моль, то через него пройдут практически все возможные конформационные состояния основной цепи тетрапептида с R- и В-формами остатков и многие состояния с L- и даже с Н-формами. Говоря о принципиальной ошибочности обсуждаемого предположения, я имел в виду несостоятельность утверждения авторов [22] о доминирующем значении основной цепи в определении конформационных возможностей пептидов. Если бы это было так и составляющая пептидный остов в среднем одна треть всех атомов, действительно, детерминировала положения других двух третей атомов, принадлежащих боковым цепям, то все природные олигопептиды и белки должны были бы иметь или одинаковые формы основной цепи, или очень ограниченное их количество. Что же касается синтетических олиго- и полипептидов, построенных из остатков Gly и Ala, фактически лишенных боковых цепей, то их пространственное строение должно было бы описываться единичными жесткими структурами, а не состоянием статистического клубка, что имеет место в действительности. Предположение С.Г. Галактионова и соавт. [22] далеко от реальной картины. Вариации пространственных форм основной цепи у белков столь же множественны, как и вариации порядка расположения в этой цепи 20 стандартных амино-№слотных остатков. [c.397]