Филиппович Ю.Б. - Основы Биохимии
.pdftлн-асн |
|
|
|
|
|
|
|
|
/4 |
S \6 |
7 |
8 |
9 |
|
|
|
|
И:Jt 3 |
uие-про-лей-rли (NH2) |
|
|
|
||||
, 2 |
I / |
|
|
|
|
|
|
|
тир-Цие |
|
|
|
|
|
|
|
|
окситоuин |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
rлн-8СН |
|
|
|
|
||
|
|
/4 |
|
5\6 |
7 |
8 |
9 |
|
|
|
фен 3 |
|
цис-про-арr-rли (NH2) |
||||
|
|
'2 |
|
1/ |
|
|
|
|
|
|
тир-Цие |
|
|
|
|
||
|
|
Вазопресеин |
|
|
|
|
||
|
диокси |
|
|
|
..",вал........ |
|
||
ала-три' |
лей |
|
|
|
|
|||
|
|
про |
арн |
|
||||
\ |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||
• |
|
ма |
|
D-Фен |
|
лей |
||
оКеи----цис |
I |
|
|
|||||
|
|
I |
|
" |
• |
|||
про |
'D-тpe |
|
|
t |
|
|
||
|
|
|
|
|
лей |
|
D-фен |
|
|
Фаллоидин |
|
|
\ |
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
арн |
про |
|
|
|
|
|
|
|
|
"-вал" |
|
|
|
|
|
|
|
Грамицидин S |
|
||
I |
2 |
3 |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
S |
Пиparлу-rие-рРО (NH2) |
Тир-rли-rли-фен-мет |
|||||||
|
Тиролиберин |
|
|
Мет-энкефалин |
|
фен
8Сн1 6 ")-фен
|
|
I |
\ |
|
|
ЛИ) 4 |
81'рИ |
1 |
2 |
I |
, |
Аnа-rли-цис 3 |
9 J1И3 |
||
|
|
\ |
I |
|
|
цне 12 11 |
10 1JIC |
'-...сер-"""
фен......... |
вал |
........про |
|
||
I |
|
\. |
фен |
|
про |
~ |
|
t |
про |
|
ала |
, |
|
I |
npo |
|
фен |
'Фен/
Соматос:та1ИН Антамаюш
Пироrпу-nиpor.nyтaминоВ8Jl
кислота,
Cf"l-СНz
о=а/; ~H-COOH
,/
N"
Рис. 22. Биолоrичссхи акТИ1IJlЫС псптиды
Расшифровку сокpawеRИII СМ.-. fa~. 4. Цифры ОКОЛО 118З88IIRII амиНОМСЛОfllhV( оСТатков оllозиа.вют l1li местоПОложение
вмолекуле, СЧRТU от N-конца J( С-концу пептида. СтрелI:И начиваЮ1!;А ОТ ВМRНОJ:RСЛОТ. участвующих в oIIpaзoвавии пептндной свJr.lи СООН-группами. Соседине остапи цистениа в ЦИJ:ЛaX связаны дисульфиднымII мостиками. tpyпna NИz. :Ja![JIюченная
вCIобхи, обозначает амидную группу. Подразумевается, что аминокислотные остатки соединенw пenтидвымlluэямR.. ОксumnЦИll
н ВОЗonpt'Ccuн-гормоны Э8дIIей доли mпофиза. ПостynaJI в кровь, первый НЗ ннх стимулирует сокращение мышечных волоко". расположенных вокруг альвеол моло'ПIЫX .еле1 н мышц матки, второй-дсiicтвyeт главRыM образом на гладкие МЫШ!lЫ
кровеносных сосудов н участвует в реГУЛJЩИн водного баланса организма иа уровне почек. ф.....оuдuн-ядоВитое начало
мухомора, вызывающее в ничтоJl<llЬ!Х концентрациях mбель организма вследствие ВЫХОди ферментов н К+ нз клеток; СВIIЗЬ между
остапами цистеива н триптофана в молекуле фаллоидина обраэоаана за счет взаимодсЙСТ8И11 сульфrв.цpИJlloноlI группы и l!Ир'
РоJll,иоrо кольца их радикал08. l]>а.мlUjUд",,-антибиотИIt, деllствующиll на многне грамПОлО]J[JIТeJI..... liаКтерИII (пневмокок"и,
стрептокопи, стафилококки и др.), нзменяет прониnaeмасть биолоmчеCJ:IIХ мембран для RИзкомолехулllpllЫX соединений и ВЫЗЫ
вает mбель клеток. 1UролuбеplШ-rормон, синтезирующиilс. в гипоталамусе и обеспечиваЮIIUIЙ 8ысво6oot(дcние (отсюда его
друтое В8З8&lIие-рилизииг-<!Jактор), а ВОЭМО]J[llО, • усиление биосинтеза в гипофизе дpyгoro гормона-тиротропина, который.
вСВОЮ очередь, контролирует деательность 1ЦRТ0видиоll железы в образование в ней гормона-тирокснва; УКвэaннaJI иерархии
•pery~ бвOCIПiТeэа гормоиов lIВЛается IIPI<ИМ примером учаcтu пептвдов в peryлllUltИ обмена мществ. Мtlт-эикeфamш
пентапетвд, возИИltаюllDdl в нервной лани н ....ОНIIЮIIDdI (оспаБЛIIЮIIUIЙ) БОЛCllwе ошущениа. Он связываетса с рецецторами, ка
котОрые 80здеllcтtуют наРltOтиm, наnpимер морфии, и представляет собой ЭlIдоrеввое вещество психотроnноrо Jteiicтви•.
Co..tUmIoc_-пеlТТJJд, тормозlIIШIII ОCllоБD>I(ДCяие из передиеll доли mпофиэа синтезируемого там ropмон& роста-сомато,
трапного гормона. Анmaманuд-цикличecJtИij декапептид, образующий с Na+. СаН и некоторыми другими катионами комплексы,
которые JlВляются npообразами структур, ответственны" за переиас ионов через биологические мембранм
50
I
О том, что белковые молекулы построены именно тажим образом, свиде
тельствуют следующие факты:
1. В пативных белках удается обнаружить очень небольшое число свобод
ных NH2_ и СООН-групп, так как концевые аминокислоты составляют нич
тожную долю огромной полипептидной цепи беЛI\а.
2. Пригидролизе белков идет посгепеmюевысвобождениеNH2 _и СООН-групп
встрогомсоотношении 1: 1, т. е.происходитраспадпеmидных-СО-NН-связей. 3. При взаимодействии биурета H2 N-CO-NH-CO-NH2 с растворами
щелочи и медного купороса развивается сине-фиолетовое окрашивание (реак ция на наличие -СО-NН-связей); все белки дают яркую биуретовую реак
цИЮ, Т. е. в их молекулах действительно есть большое число пептидных связей. 4. Полипептидная природа ряда белков доказана химическим синтезом.
5. При рентгеносгруктурном анализе строения белков удается наблюдать
непрерьmную полипептидную цепь с характерныIM для .исследуемого белка
расположением в ней аминокислотных остатков.
6. Методы, используемые для определения чередования аминокислотных осгаТков в белках (см. ниже), однозначно свидетельсгвуют о последователь ном (в ряде случаев-выборочном, селективном) расщеплении пептидных связей в составе именно полипептидных цепей.
Характерной особенностью сгроения полипептидной цепи является то, что
атомы С и N в ее хребте, составленном из монотонно повторяющих ся-СО-СН-NН-фрагментов, располагаются приблизительно в одной плос-
I
косги, В то время как атомы и радикалы >СНR-группировок направленыI
к этой плоскости под углом 109028'. При этом в соседних аминоIшслотныIx
остатках расположение атомов Н и радикалов противоположно. Сказанное
яClIо из рассмотрения рис. 23, А и сгруктуры фрагмента полипеmидной цепи молекулы инсулина (см. с. 54).
Другая особенность строения полипептидной цепи заключается в особом
характере -СО-NН-связи. Расстояние между атомами С и N в пептидной связи 0,1325 нм, т. е. меньше нормального расстояния между a.-углеродныIM
атомом и атомом N той же цепи, равного 0,146 нм. Вместе с тем оно превышает расстояние между атомами С и N, соединенными двойной связью
(0,127 нм). Таким образом, связь С и N в -СО-NН-группировке может
рассматриваться как промежуточная между простой и двойной вследствие
сопряжения 1t-электронов карбонильной группы со свободными электронами
атома азота. Это определенным образом сказывается на свойствах полипеп
тидов и белков: по месту пептидных связей легко осуществляется таутомерная
перегруппировка, прйводящая к образованию енольной формы пептидной
связи, отличающейся повышенной реакционной способностью:
H2N-СН-СО-NН-СН-СООН+::tН2N-СИ-С= N-CН-COOH |
||||
I |
I |
I |
I |
I |
R' |
Rn |
R' |
ОН· |
R" |
Третья своеобразная черта строения пептидной связи состоит в том, что все
"&ходящие в ее состав атомы располагаются в одной плоскости (рис. 23, В):
такая конфшурация называется планарной (плоской) и поддерживается дело t<ализациеЙ электронной плотности двойной связи карбонильной группы на
Связь между углеродом и азотом (рис. 23, Б).
Наконец, четвертое свойство полипептидной цепи заключается в том, что
ее остов, построенный ·из -NН-СН-СО-фрагментов, окружен разнообраэ-
I
нымя по своей химической природе боковыми цепями, что можно видеть при
рассмотрении структуры фрагмента молеJ<УЛЫ инсулина (см. с. 5$.
Боковые цепи функционально многолики. Они представлены (см. табл. 4
и рис. 18) жирными (ала, вал, лей, ил,?), ароматическими (фен) и гетероцикличе скими (про, три, гuc) радикалами. Многие из них несут свободные аминные (лиз, аре), карбоксильные (асn иглу), mДРоксильные и фенолъные (сер, тре, тир), тиольные (цис), амидные (асн, глн) и другие функциональные группы. Взаимодействуя с окружающими молекулами растворителя (вода), свободные
NH2 _ и СООН-группы ионизируются, образуя катионные и анионные центры
молекулы белка. В зависимости от их соотношения белковая молекула полу
чает суммарный положительный или отрицательный заряд, а также характе ризуется тем или иным значением рН среды при достижении изоэлектрической
точки белка. Число и соотношение катионных, анионных и иных групп в неко
торых белках приведены в табл. 7.
Таблица 7
Распределение грyшr в белках (чвсло групп В OДRoli молекуле)
|
|
|
.. |
.. |
|
|
|
|
|
|
|
O~ |
|
g |
а |
.. |
|
~ |
I", |
~ |
|
|
.... |
|
I |
|
|
|||||
|
~~ |
I |
|
|
|
|
|
i |
||
БелОК |
~8 |
I~ |
~ |
...~ |
§ |
... |
||||
|
g;~ |
~~ |
~ |
~. |
е- |
.., |
~ |
|||
|
~!; |
g |
.. |
i;!~ |
с |
"3 |
.. |
|
||
|
|
:3 |
.. |
.88 |
~ |
.. |
|
|||
|
|
|
|
.. |
|
1i... |
8. |
|
||
|
8~ |
~i |
li |
ё |
~~ |
~ |
:.:1:- |
f!i |
'" |
|
|
t:: |
|||||||||
Миоглобин лошади, М=17000 |
]43 |
48 |
]6 |
2 |
13 |
20 |
29 |
О |
]5 |
|
Пепсин, М=35000 |
34] |
136 |
2] |
]8 |
72 |
3 |
71 |
4 |
26 |
|
Альбумин яичный, М =46000 |
387 |
14] |
24 |
9 |
52 |
35 |
84 |
5 |
37 |
|
Гемоглобин лошади, М=68000 |
541 |
209 |
63 |
11 |
59 |
52 |
89 |
3 |
55 |
|
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
дрynix в молекуле миоглобина сопровождается изоэлектрической точкой,
близкой к рН нейтральной среды (см. табл. 3).
Строение радикалов оказывает большое влияние на многие другие свойст
ва белков и особенно на пространственную конфигурацию полипептидной цепи: образующиеся солевые, эфирные, дисульфидные и другие мостики за
крепляют относительное расположение участков цепи при формировании
третичной структуры белка (см. ниже). Радикалы также в основном определя ют круг химических реакций, свойственных белковым телам, и оказьmают
наряду с другими факторами существенное влияние на функциональную ак
тивность белков.
Долгое время представления о структуре белковой молекулы ограничива
лись признанием полипептидной цепи как ее основы без какой-либо детализа
ции закономерностей чередования аминокислотных остатков или конфигура
ции цепи. Лишь разработка новых методов определения последовательности
расположения остатков аминокислот в полипептИдной цепи и усовершенство
вание рентгеноструктурного анализа белковых кристаллов позволили продви
нуться вперед в ПОl!имании как первой (закономерности чередования амино
кислот), так и второй (закономерности в конфигурации полипептидной цепи)
проблем.
В настоящ~е время в достаточной мере разработан вопрос о первичной,
вторичной, третичной и четвертичной структурах белковой молекулы. Пред
ставление О четырех уровнях структуры белковой молекулы впервые выдвинуто
52
г
пn_ (nnанарные) ПetIТlWlЫе CD8, сж&дво IIp'ЩВЮЩВeCII
по а·yrперодному атому
Рис. 23. Стандартные значения межатомных расстояний (В нанометрах) и ва
лентных углов В полипептидной цепи (А) и делокализация ~лектронной плот
ности по пептидному звену (Б), приводящая к стабилизации его плоской
конфигурации (В и I)
53
фptШUЮII' """'.....-.....ljI!U< _ |
Ш<t1N"'" (1 - II-Q """'''''''''<.WIIIIНW |
",, __ |
|
NНz |
НС-СН |
|
|
I |
'1 |
\\ |
|
Н-С- щ- С |
'си |
|
I . =_(1) |
I |
\, |
|
СН=СН |
|||
|
со |
|
|
|
I |
|
|
Н С |
NН |
|
|
t |
|
|
|
З |
|
|
|
)СН-С-Н
НаС Jю
0CТmI8
- (2)
I
|
|
NН |
|
|
Ocn_ |
|
I |
#10 |
|
|
н-с-щ-с |
|
||
8Cl8p1n8(3) |
|
|
||
|
I |
'NНz |
|
|
|
|
|
||
|
|
со |
|
|
|
|
I |
|
|
О" |
|
NН |
|
|
|
I |
|
|
|
~ |
с-щ-щ-с -Н |
ocmaк |
|
|
|
J:o |
|
||
|
.~(4) |
|
||
|
|
|
||
|
|
I |
|
|
|
|
NН |
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
Н-С-Щ-С:=СН, |
|
|
|
|
I |
I |
NН |
|
|
со |
N=CН/ |
|
|
|
I |
|
|
нзс, |
NН |
|
|
|
, |
|
|
||
|
CH-СНz-С-И |
|
|
|
не./' |
I |
|
|
|
|
3 |
со |
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
NН |
|
|
|
|
I |
|
|
Ост..... |
|
н- С- йlz- s- ..... . |
||
. - (7) |
|
I |
|
|
со
I
NН
I
н-с-н
I
со
I
NН
"
~H-C-CIЦ)H
_ (9) |
I |
|
|
|
со |
I
•
•
•
•
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.
Первичнаи структура беЛХ8. Под первичной структурой белка понимают
последовательность в расположении а~окислотных остатков в одной или
нескольких полипептидных цепях, составляющих молекулу белка. Зная пер
вичную структуру белка, можно написать его полную химическую формулу.
54
Схема 1. Последовательность операций при установлении
первичной структуры белка
Белок
Раскрытие дисульфидных
мостиков оки~леиием б~лка
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
надмуравьинои кислотои |
|||
|
|
Денатурированный белок |
|
|
|
|
|
|
|
селективный гидролиз в присутствии |
|||
|
|
|
ферментов или избирательная деструкцИJI |
|||
|
|
|
при помощи химичесIOЦ методов |
|||
|
|
Смесь пеlnтидоВ |
|
|
|
|
|
|
|
Фракционирование методом |
|||
|
|
|
высоковольтного электрофореза |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кислые |
||
Основные |
Нейтральные |
|||||
пептиды |
пептиды |
пептиды |
||||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Субфраl[ЦИОНИРОВ8ние методами |
|||
|
|
|
электрОфор.за и хроматографии |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Индивидуальные пептиды |
|
|
|
|
|
|
|
0пределеииепоследовательности |
|||
|
|
|
аминокислотных остатков |
|||
|
|
|
18 каждом пеnтиде |
|
|
|
Первичн8Я tтpyJtTypa двух полных наборов
индивидуальных пептидов
Воссоздание первичиой
структуры белка
1
Первичная ctpynypa белка
Учитывая, что в составе белковой молекулы содержится как минимум несколЬ:
ко десятков аминокислотных остатков, определение местоположения каждого
из них составляет вееьма сложную задачу. Ее решение может быть достигнуто
в результате осушествления ряда операций, приведенных на схеме 1.
Раскрыте дисульфидных связей в молекуле белка (схема 1) необходимо,
е одной стороны, для обеспечения последующего этапа фрагментирования полипептидной цепи белка и, с другой-для превращения всех остатков цис
. в белке в остатки цистеиновой ICЙслоты, не разрушающейся при дальнейшем
анализе:
в цепь-NН-СН-СО-в цепь |
|
в цепь-NН-СН-СО-в цепь |
I |
о |
I |
СН2 |
СН2 |
|
I |
1I |
I |
ИСООИ; И2О2 |
||
S |
(NИ4)2МО04 |
SОз" |
~ |
|
|
|
SОзН |
|
I |
|
|
|
I |
|
СН2 |
|
|
|
СН2 |
|
I |
|
|
|
I |
|
В цепь-NН-СН-СО-в цепь |
|
|
|
|
в цеnь-NН-СН-СО-в цепь |
55
Селективный гидролиз денатурированного белка ведут протеолитическими ферментами, чаще всего либо трипсином (по остаткам арг и лиз), либо
химотрипсином (по остаткам три, фен и тир):
H(NH-СН-СО)х-NН-СН-СО-(NН-СН-СО)у-NН-СН-СО-(NН-СН-СО) -он |
||||||||
I |
I |
|
I |
. I |
|
I |
Z |
|
R' |
(Сн}) |
!r' |
(сн) |
R'" |
|
|||
|
I |
4 |
|
|
I |
}] |
|
|
|
NH2 |
|
|
NH-С-NНz |
|
|||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
NH |
|
|
|
|
|
|
|
|
" |
|
|
|
~ |
|
|
|
;> |
+ H(NH-CH-CO).OH |
||
|
|
|
|
|||||
H(NH-t;Н-СО)х-NН-СН-С:: |
+ H(NH-СН-СО)rNН-СН-С... |
|||||||
I |
I - |
"он |
I |
I |
'он |
I |
|
|
R' |
<1Н2)4 |
|
R" |
(~H}») |
R'· |
|
||
|
NH2 |
|
|
|
NH-C-NH} |
, |
||
|
|
|
|
|
|
Ан |
|
Можно деструктировать белок и химическими агентами, например, бром
цианом-по остаткам мет, 2,4-динитрофторбензолом-по остаткам цис,
N-бромсукцинимидом-по остаткам тир или три и т. п.:
I
H(NH-~Н-СО)ХNН-IН-СО-(NН-~Н-СО).гон
~ |
k' |
|
НгСНгS-СН) |
|
9О%-муравьинц кислот&, |
|
I:ОМН4ТН&II температура |
|
"'-НВr+СН)SСN |
|
|
H(NH-~Н-СО)хNН1Н-С~ + H(NH-~Н-СО).гОН
R' |
/0 |
R- |
СНГСН2
В результате получают два-три различных набора пептидов изучаемого
белка, что обеспечивает воссоздание его первичной структуры на заверша
ющем этапе работы.
Фракционирование пептидов является многоступенчатым, длителJ,НЫМ, трудоемким, но необходимым элементом схемы определения первичной
структуры белка. Для этой цели используют преимушественно высоковольт
ный (до 1О000 В) электрофорез на бумаге, особенно на заключительном этапе
фракционирования, и хроматографию различных видов, в том числе ионооб
менную и распределительную.
Определение последовательности аминокислотных остатков в индивидуаль ных пептидах-нтiболее ответственная процедура при установлении первичной структуры белков. В настоящее время эту работу ведут преимущественно либо
фенилизотиоцианатным методом Эдмана, ли~о масс-спектрометрическим.
фенилизотиоциаиатный метод Эдмана (1950) реализуется в специально со
зданном для этой цели приборе, получийшем название секвенатор (от ашл. sеqиеnсе-последовательность). Принципиальная схема устройства твердо
фазного секвенатора и принцип его работы показаны на рис. 24. В современ
ных моделях секвенатора удается определить чередование аминокислотных
остатков не только в коротких пептидах, но и непосредственно в полипептид
ных цепях белка, проходя до 70 аминокислотных звеньев в его молекуле.
56.
·- |
|
|
|
r-"J |
|
Nz |
|
|
-1 |
"""1 |
r-"I |
"""1 |
|
|
-~ |
||
I |
I |
I |
I |
I |
|
|
||
1:: _:? |
|
---~ |
- |
--- |
- |
|
||
-.:.:,,~ |
---- |
|
|
|||||
M~тaHOJ\ |
дИXJJорэтан |
Буфер |
ФеННJI- |
Трнфтор- |
|
|||
|
|
|
ИЗОТИО- |
уксусная |
|
|||
|
|
|
цианат |
КИCJl0Т8 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Колонки |
|
Р |
Р |
Р |
Р |
Р |
|
|
! |
1 |
у.... |
'у' |
'у' |
'у |
~ |
|
|
||
|
|
|
|
|||||
Р-Поыпа |
|
|
|
|
Сброс |
КoJIJJ~Krop |
сброс |
|
V - П~~ючатсль |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
ре•• - |
фракций |
~ |
||
|
|
|
|
|
|
ТИВОВ |
|
'ПIIIOI |
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 24. Схема устройства секвенатора (пояснения в тексте)
~eTOД Эдмана СВОДИТСЯ к обработке фенилизотиоцианатом белка или
пеmида (рис. 25), присоединенного через С-концевую аминокислоту к инерт
ному носителю (полистиролу или пористому стеклу) в колонке секвенато-
Q+
i
С
11
ФeiaIлиoo'nш.
-S
~:o
R-~H
NH2
ЩС:llOЧllOО рн |
HSHHOH |
е |
I 11 I I U I---.J |
Инертный |
|
<--'6! |
- |
|
--- |
~ N-C-N-C-C-N-, П~птид |
|
Фе....1IIOКapI!8~
jТрIlФТОРУ,",УСВ"
...c:nora
(ОТЩСUllOllllе)
o-rd:
ФсвМ11IОПlДIllТОИН
Укорочениwil neD1IIД
Рис. 25. Химические реакции, протекающие при секвенировании пептидов и белков (поясне
ния в тексте)
57
Рис. 26. ПринципиалънаJl схема устройства масс-спектрометра:
I-инжекторное устройство ДЛ. ввода образца; 2 - ионизационная камера; 3 в .5-система фильтров; 4-электромагнит; б-детектор; 7-привоД само· писца; В-лента самописца
ра (реакция сочетания). После промыкии колонки растворителями (метанол, дихлорэтан) образовавшийся фенилтиокарбамилпептид подвергают воз
действию безводной трифторуксусной кислоты, в результате чего высво
бождается аниmпютиазолинон и в его составе N-концевая аминокислота
(реакция отщепления), а укороченный на один аминокислотный остаток
пептид или белок остается связанным с носителем. Анилинотиазолинон поступает в коллектор фракций и, далее, после превращения в водной среде в фенилтиоmдантоин (реакция конверсии)-на хроматографическое определение отщепившейся N-концевой аминокислоты. Будучи промыт растворителями, секвенатор готов к следующему циклу работы в авто-
матическом режиме. |
. |
Масс-спектрометрический метод определения первичной структуры пепти
дов, приложимый пока лишь к сравнительно коротким, примерно, 1О-членным
пептидам, состоит в фрагментации аминокислотного типа эфиров ацилпеп
тидов с последующим разделением полученных при этом положительно заря
женных фрагментов. Фрагментацию осуществляют воздействием электронно
го удара, а разделение фрагментов-в масс-спектрометре (рис. 26). В резуль
тате получают масс-спектр фрагментов пептида (рис. 27), расшифровывая
который, делают заключение о первичной структуре пептида. Хотя расшиф-
-.._----...-... |
|
.. |
|
.... |
|
. ~ .. |
лей |
ала |
|
ала |
|
ала |
ОМе |
268 |
|
339 |
|
|
|
|
Рис. 27. Масс-спектр метилового эфира N-деканоиллейцилаланил
аланилаланина
На рисунке приведены массовые числа, соответствуюшие аминокислотному типу фрагмен· тации пептида; I:В ЕВО ИI названи,. исследованного соединенив, аминоrp)'Jша N-концевой
аминОКИСдоты-леЙЦlПlа ацилирована и несет деканоильную
группировку, а карбоксильная группа С-концевой аминокислоты- аланина, этерифнциро
вана И несет метильную rpyrlJlY; именно такое производное пешида фрагмеНТllруетси rlO 8.МIIНOЮICЛОТНОМУ типу, Т. е. преимущественно [IO пеПТИДRJaIМ СВИЗJIМ с образо.кинем фраrментов, характеризуюши~си соответствующими маССОВЫМН числами
58
ровка масс-спектра фрагментов пептида весьма сложна, однако, исходя из
знания ~нокислотного состава пептида и используя электронно-вычисли
тельные машины для просчета различных вариантов сочетания аминокислот
ных остатков в пептиде, находят тот вариант структуры, расчетные данные
которого совпадают с экспериментальными.
Заключительный этап работы при выяснении порядка следования амино
кислотных остатков в белковой молекуле-воссоздание первичной структуры
белка на основании данных о последовательности их расположения в пеп
тидах, 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 перекрыва ются. Это открьiвает возможность воссоздания первичной структуры белка
(рис. 28). Если при посредстве секвенатора удалось выяснить чередование аминокислотных звеньев в фрагментах белковой молекулыI значительного
размера, то это существенно упрощает процесс воссоздания ее первичной
структуры.
Другие методы определения последовательности расположения аминокис
лотных остатков в белковой молекуле основаны главным образом на ис пользовании ферментов, способных ускорять реакции последовательного от
щепления 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
аминок.ислот 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 ами
нокислотных 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.
Первым белком, первичную структуру которого удалось расшифровать
благодаря работам Ф. Caнrepa и сотр. (1951-1953), был инсулин быка (за это в 1958 г. Ф. Caнrepy была ПРИСуЖДена Нобелевская премия). Инсулин-бе
лок-гормон, регулирующий углеводный обмен. Он синтезируется в поджелу
дочной железе в виде предшественника, структура которого показана на рис. 29. При нарушении биосинтеза инсулина у человека развивается сахарное
мочеизнурение, или диабет.
Субъединица инсулина (М =6000) состоит из 51 аминокислотного остатка,
собранных в две полипептидные цепи (А и Б), которые соединены двумя дисульфидными мостиками.
Согласно справочнику л. Крофта на август 1975 г. была выяснена пер
вичная структура 932 соединений пептидной природы, из числа которых не менее 800-белки. Учитывая, что в последующее время расшифровывали
от нескольких десятков до нескольких сотен первичнь~ структур ежегодно
(в 1976 г.-76; в 1977 г.-380), список белков с полностью известным чере
дованием аминокислот в их молекулах к январю 1985 г. достиг 2657. В ряде
случаев определена первичная структура одного и того же белка, но вьще
ленного иJ разных организмов. Так, первичная стРуктура инсулина, миогло-
59