ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Структура белковой молекулы из "Основы биохимии" Среди большого числа разнообразных гипотез лишь одна выдержала испытание временем—это полипептидная теория строения белковой молекулы, впервые предложенная Э. Фишером (1902) на базе выдвинутых А. Я. Данилевским идей о роли —СО—NH- вязeй в строении белка. Согласно этой теории белковые молекулы представляют собой гигантские полипептиды, построенные из нескольких десятков, а иногда и сотен остатков постоянно встречающихся в составе белков аминокислот (см. табл. 6). [c.49] Характерной особенностью строения полипептидной цепи является то, что атомы С и N в ее хребте, составленном из монотонно повторяющихся—СО—СН— NH-фрагментов, располагаются приблизительно в одной плоскости, в то время как атомы и радикалы СНК-группировок направлены к этой плоскости под углом 109°28. При этом в соседних аминокислотных остатках расположение атомов Н и радикалов противоположно. Сказанное ясно из рассмотрения рис. 23, А и структуры фрагмента полипептидной цепи молекулы инсулина (см. с. 54). [c.51] Третья своеобразная черта строения пептидной связи состоит в том, что все входящие в ее состав атомы располагаются в одной плоскости (рис. 23, Бу. такая конфигурация называется планарной (плоской) и поддерживается дело-кализацией электронной плотности двойной связи карбонильной группы на Связь между углеродом и азотом (рис. 23, Б). [c.51] Наконец, четвертое свойство полипептидной цепи заключается в том, что ее остов, построенный из —NH—ОТ—СО-фрагментов, окружен разнообразными по своей химической природе боковыми цепями, что можно видеть при рассмотрении структуры фрагмента молекулы инсулина (см. с, 5 ). [c.51] Боковые цепи функционально многолики. Они представлены (см. табл. 4 и рис. 18) жирными (ала, вал, лей, иле), ароматическими (фен) и гетероциклическими (про, три, гис) радикалами. Многие из них несут свободные аминные (лиз. арг), карбоксильные (асп и глу), гидроксильные и фенольные (сер. тре, тир), тиольные (щс), амидные (асн. глн) и другие функциональные группы. Взаимодействуя с окружающими молекулами растворителя (вода), свободные КНз- и СООН-группы ионизируются, образуя катионные и анионные центры молекулы белка. В зависимости от их соотношения белковая молекула получает суммарный положительный или отрицательный заряд, а также характеризуется тем или иным значением pH среды при достижении изоэлектрической точки белка. Число и соотношение катионных, анионных и иных групп в некоторых белках приведены в табл. 7. [c.52] Резкое преобладание в молекуле пепсина карбоксильных групп над амин-ными требует высокой концентрации водородных ионов для перевода его в изоэлектрическое состояние, в то время как почти равное число тех или других в молекуле миоглобина сопровождается изоэлектрической точкой, близкой к pH нейтральной среды (см. табл. 3). [c.52] Строение радикалов оказывает большое влияние на многие другие свойства белков и особенно на пространственную конфигуращ1ю полипептидной цепи образующиеся солевые, эфирные, дисульфидные и другие мостики закрепляют относительное расположение участков цепи при формировании третичной структуры белка (см. ниже). Радикалы также в основном определяют круг химических реакций, свойственных белковым телам, и оказьшают наряду с другими факторами существенное влияние на функциональную активность белков. [c.52] Долгое время представления о структуре белковой молекулы ограничивались признанием полипептидной цепи как ее основы без какой-либо детализации закономерностей чередования аминокислотных остатков или конфигурации цепи. Лишь разработка новых методов определения последовательности расположения остатков аминокислот в полипептидной цепи и усовершенствование рентгеноструктурного анализа белковых кристаллов позволили продвинуться вперед в понимании как первой (закономерности чередования аминокислот), так и второй (закономерности в конфигурации полипептидной цепи) проблем. [c.52] Линдерстром-Лангом, исходя из методических соображений. Естественно, что все перечисленные уровни структуры сосуществуют в белковой молекуле и их уникальное сочетание в каждом конкретном случае определяет общее строение белковой частицы. [c.54] Первичная структура белка. Под первичной структурой белка понимают последовательность в расположении аминокислотных остатков в одной или нескольких полипептидных цепях, составляющих молекулу белка. Зная первичную структуру белка, можно написать его полную химическую формулу. [c.54] Учитывая, что в составе белковой молекулы содержится как минимум несколько десятков аминокислотных остатков, определение местоположения каждого из них составляет весьма сложную задачу. Ее решение может быть достигнуто в результате осуществления ряда операщй, приведенных на схеме 1. [c.55] Фракщюнирование пептидов является многоступенчатым, длительным, трудоемким, но необходимым элементом схемы определения первичной структуры белка. Для этой цели используют преимущественно высоковольтный (до 10000 В) электрофорез на бумаге, особенно на заключительном этапе фрак1щонирования, и хроматографию различных видов, в том числе ионообменную и распределительную. [c.56] СЬхределение последовательности аминокислотных остатков в индивидуальных пептидах—наиболее ответственная процедура при установлении первичной структуры белков. В настоящее время эту работу ведут преимущественно либо фенилизотиоцианатным методом Эдмана, либо масс-спектрометрическим. [c.56] Фенилизотиоцианатный метод Эдмана (1950) реализуется в специально созданном для этой цели приборе, получившем название секвенатор (от англ. sequen e—последовательность). Принципиальная схема устройства твердофазного секвенатора и принцип его работы показаны на рис. 24. В современных моделях секвенатора удается определить чередование аминокислотных остатков не только в коротких пептидах, но и непосредственно в полипептидных цепях белка, проходя до 70 аминокислотных звеньев в его молекуле. [c.56] Заключительный этап работы при выяснении порядка следования аминокислотных остатков в белковой молекуле—воссоздание первичной структуры белка на основании данных о последовательности их расположения в пептидах, полученных при селективном гидролизе. Так как избирательное расщепление пептидных связей при исследовании первичной структуры белков ведут не менее чем двумя агентами, обеспечивающими разрыв пептидных связей в разных точках полипептидной цепи, то первичные структуры того и другого набора полученных пептидов неизбежно перекрываются. Это открывает возможность воссоздания первичной структуры белка (рис. 28). Если при посредстве секвенатора удалось выяснить чередование аминокислотных звеньев в фрагментах белковой молекулы значительного размера, то это существенно упрощает процесс воссоздания ее первичной структуры. [c.59] Другие методы определения последовательности расположения аминокислотных остатков в белковой молекуле основаны главным образом на использовании ферментов, способных ускорять реакции последовательного отщепления аминокислот либо с N-, либо с С-конца полипептидной цепи. Однако они не получили еще столь широкого распространения и аппаратурного оформления, как рассмотренные выше. В последние годы ведущее место в выяснении первичной структуры белков занял метод, который условно можно назвать генетическим он основан на выведении последовательности аминокислот в белковой молекуле исходя из структуры гена, кодирующего биосинтез этого белка. Именно так была расшифрована структура самых длинных полипептидных цепей—фактора VIII свертывания крови (2332 аминокислотных остатка) и субъединицы тиреоглобулина (2750 аминокислотных остатков). Нельзя не упомянуть также только что появившиеся сообщения об определении первичной структуры белков методом лазерной фотодиссоциации учитывая его высочайшую чувствительность (для анализа достаточно 5 нмоль белка при молекулярной массе 50 кДа), он, по-видимому, имеет большое будущее. [c.59] Первым белком, первичную структуру которого удалось расшифровать благодаря работам Ф. Сангера и сотр. (1951 —1953), был инсулин бьжа (за это в 1958 г. Ф. Сангеру была присуждена Нобелевская премия). Инсулин—бе-лок-гормон, регулирующий углеводный обмен. Он синтезируется в поджелудочной железе в виде предшественника, структура которого показана на рис. 29. При нарушении биосинтеза инсулина у человека развивается сахарное мочеизнурение, или диабет. [c.59] Субьединица инсулина (М=6000) состоит из 51 аминокислотного остатка, собранных в две полипептидные цепи А и Б), которые соединены двумя дисульфидными мостиками. [c.59] Вернуться к основной статье