Филиппович Ю.Б. - Основы Биохимии

10

ГJП{-вал-леЙ-тре-асл-вал-.-ГJП{-вал-ала-леЙ-вал-mtз-сер~

Т-I

20

• •

cep-фен-глу-глу-фен-асн-ала-асн-иле-ПРО-mtЗ-асн-тре-

			Т-2				Т-3 .
			..		C-ХУIlI-I • •
.. ....	30		.. Т-4		C-XI-S
	С-9-2 ...
rис-арг-фен-фен-тре-лей-вал-лей-глу-иле-ала-про­
~	.. •		.. Т-5		..	.. ..	~

гли-ала-mt1-асл-лей-Фен-сер-фен-лей-лиз-гmt-сер­

60

сер-глу-вал-ПРО-глн-асн-асн-npo-асл-Jtей-глн-ала-rис­

Т-6	..
С-Х-2
10

8J1a,-гmt-лиз-вал-феН-mtз-лей-тре-ПlР-ГЛУ-ала-ала-

		... Т-7		...		Т-8
•	..		Тл-ХХХIП-6 ...
	C - XXI - I .			_......_....:C'""-....;X~X~1I~-4~_...._ ...__...:C:;:,--:..IV:..-....;4:-__

80

иле-ГJП{-лей-глу-вал-асн-гmt-ала-вал-ала-сер-асп-ала­

		Т-8
• •		С-l
	.. .				100
~
					..
тре-~-~-сер-~-~-сер-вал-~-вал-сер-~­
.. . с ХХII S ...		Т-9		..
			110

гли-вал-вал-асп-ала-rис-фен-npo-вал-вал-mtЗ-ГЛУ-ала­

•	Т-IO	• •
	C-XVI-S

120

иле-лей-mtз-тре-иле-mtз-глу-вал-вал-rmt-асп-mtЗ-1JJИ-

Т-II		••	Т-12	• •	Т-13	.. •
	•	•		С	ХХII 3	•
		130

сер-~-~-~-~-тре-ала-~-тре-~-ала-~­

..					•	•
					T-14
			С-УIII-4				С-УII-4
	I~			•	Тл-ХХХ.-I .		ISO
	..					...... Тл-.ХХ.VI-2 •
асл-rлу-лей-ала-иле-~-иле-:/IИз-mtз-rлу-мет-mtЗ-асп-
					Т-15		T-16
	153						• CNBr
ала-ала			Рис. 28. Воссоздание первичной rруппы леггемоrлобина по
T-17	..
			данным о первичной структуре пептидов, полученных при
			его селективном rидролизе трипсином (Т), химотрипсином

(С) И термолизином (Тл)-микробной протеиназой, специфичной к оста­

ткам rидрофобных аминокислот, а также при его расщеплении бромциа-

ном CNBr

ЛеггемоглоБИН-J(ислородсвязывающиil гсмопротенн бобовых растений, играющий ва",ную роль в фиксаuRИ молекулярного азота "лубеньковыми бактериямн. Т-1, Т- 2 и т. Д.-триптические пептиды; C-I, C-IV и т. Д.-химотриптические; ТЛ-ХХХ, Тл-ХХХI и т. д.-термолизиновые; СNВг-uианобромидные пептиды. Перекрывающиеся зоны стрелок отмечают перекрытия пеп­

тидов из разных гидролязатов, а на сгыках стреЛОIc расположены точи:и селективного распада

полипептидноil иenн. Первичная структура фрагментов, <:одержащих аМИНОJ(ИСЛОТllЫе остатки С '·го по 24-й и С 29·го по 58·11, определена с помощы9 ceKSeljaTOpa

60

Цепь А

Цепь В

Oc-пеп1ИД

~ Дисульфидиые

~мостики

Рис. 29. Первичнаи структура проинсулина быка

С-леmид отще/U1l1ется ОТ проинсулина В процеС<:е превращения его в инсулин ПОД 80здеilcтвием специфического фермента, ускоряющего гидролнз пептидныx св_эей по остаткам _ргиннна

в позиЦIUIX 3 [ 11 60

бина и гемоглобина изучена у 20 видов, цитохрома с-у 60, лизоцима-у 10

.и Т. д. Ниже приведены первичные структуры перечисленных белков, характер­

ные для человека:

61

ИнСУJDIII 113 поджenyДО'IRоА Жe.JМSW чenовеlC8, цепь А (21 аNииокиcJlo1'ный остаток): ~-~-~-щ-~-~-~-~е-щ-~-~-щ-~-~-~-~-

. иу - асн -1fIЩJ - цuc - асн;

цепь В (30 амкиоКИCJlOТRЫX остаТКОВ)­ ~-~-~-~-~-~-~-~-щ-~-~-~-щ-~-~-IfIЩJ­ ~-~-~-~-Щ-~-~-~-~-IfIЩJ-~-~-~-~

Циroхром С 113 сердца человека (104 аминоКИCJJOТRЫX остатка):

СНзСО-tJШ-acn-~-глу-JIU3-~-JIU3-JIU3-~-феН-~-.IICem-~-ftUС­ ~-~-~-~-~е-~-глу-JIU3-~-~-JIU3-~-JIU3-~-~-~­ ~-~-~-~-~-~-~-~-JIU3-~е-~-~-~-~-~-IfIЩJ­

Щ-IfIЩJ-~-~-~-~-~-~-JIU3-~-~-~-~u-~-щ-~­

~е-~-.-em-иУ-IfIЩJ-.пе4-иу-·QCН-~-JIU3-JIU3-muр-~-~-,.-~­

JIU3 -.мет - uлeфеН- ~- ~ - ~ - JUI3 -J1U3 -J1U3 -МУ- иу - арг - ~ - acn-~­

~-~-mup-.пe4-~-~-~-~-acH-и~

МиorJЮбин человека (153 аминОКИСЛOТRЫX остатка): ~-~-щ-acn-~-Щ-~U-~-~-~-~-~-~-~-~-JIU3-. ~-щ-~-acn-~-~-~-~-~-~-щ-~-~-~-~-~­ ~-JIU3-~-~-~-щ-~е-~-щ-JIU3-~-acn-JIU3-~-JIU3-~­

.пей - JIU3 - сер - иу - acn - иу -.мет - JIU3 - ~ - сер - иу - асn -.пе4 - JIU3 - JIU3 - гис­

~-~-~е-~-~-~-~-~-~-~-~-~-JIU3-JIU3-~-~­ ~-~-щ-~-щ-~-~-~-~-~-~-щ-~-~-~е-JIU3- ~-JIU3-~-~-~-JIU3-IfIЩJ-~-Щ-~-~-Щ-Щ-~-~-~­

~-~-~-~-Щ-JIU3-~-~-~-acn-~-~-~-acn-~-~­

ии- ~- .мет- acH-J1U3 - ~-.пe4- щ-~-ФfН-lII'е-JIU3- acn- .мет- ~- сер­

~-IfIЩJ-~-Щ-~-l.U&-фц-~-~

а - Цепь reмогnобина человека (141 аминоКИCJlO1'llЫii остаток): Ba-~-сер-~-~-acn-JIU3-~-асН-&Ц-JIU3-~-~-~и-~-JIU3-

~-~-~-гис-~-~-иу-muр-ии-~-иу-~-~-иУ-lII'г-.мет­

~-~-Щ-~-~-~-~-JUI3-~-IfIЩJ-~-~-~-~-acn-~­

~-~-~-Щ-~-~-~-JIU3-~-~-~-JIU3-JIU3-~-~-acn­

~-~-~-acH-~-~-~-tIlc-~-acn-acn-.мeт-~-acH-~-~­ ~-~-~-щ-acn-~-~-~-~-JIU3-~-~-~-acn-~-~­

~-~-JIU3-~-~-Щ-~-~-~-~-~-~-~-~-~-~­

~-~-~-щ-~-~е-~-~-~-~-~-щ-~-acn-JIU3-~­ ~-~-щ-~-щ-~е-~-~-~-~-JIU3-IfIЩJ-~

{3 - Цепь reм:оmобина человека (146 аминокиcnOТRЫX остатков):

~-~-~-~е-~-Щ-Щ-JIU3-щ-~-~-~е-~-~-~u-~­ ~-~-acn-~-acn-иy-~-ии-~-иy-~-.пeЙ-~-a~-.пe4-.пe4-

~-~-IfIЩJ-~-~-~е-~-~-~-~-щ-щ-~-~-acn-~­

сер - ~e- ~-acn- ~ - ~- .llCem- ~ - асН- ~-JUI3- ~-J1U3 - ~- гис- ~­

JIU3-JIU3-~-~-l.U&-~-Фц-щ-acn-~-~-~-~-~-~-~­

~-JIU3-l.U&-~е-~-~-~е-~-щ-щ-~-~-~-acn-JIU3-~­

~-~-acn-~-щ-~-~-~-~-~-~-~-~-~-~-~­

~-~-~-~-~-Ф~-~-JUI3-щ-~-~-~-~-~-~-~­

~-IfIЩJ-~-~-~-~-~-~-~-~-~-~-~-~-tIlС-JUI3- muр-гис.

JIиэoцим МOIIOU челО8еК8 (130 амивоlcllcnoтllых остаТКОВ): ~-~-~-Щ-~-~-Щ-~-~-~-~_~-JIU3-~-~-~­

.mem-acn-~-~-lII'г-l.U&... uм-сер-леiJ.-ana-асн-mpu-.-em-~-.пе4-~­

JIU3-~u-глу-Щ-~-IfIЩJ-~-~-~-~-~е-~-IfIЩJ-~-~-~­ acn-~-щ-~-acn-~-l.U&-~-~-~-~-~-Щ-~-IfIЩJ-~u­ ~-~-acn-~-JIU3-~-~-~-~-~-~-~-~-~-~-Щ­

~-cep-~-~-.пe4-~-acn-acH-~-~-acn-~-~-~-~-~­

JIU3-~-~-~-~-acn-~-~-~-~-~-~-~и-~-~-~­ ~-~....-~-~-~-~-~-acn-~-~-~-~-~-~-~-~­ ~-

62

В Институте биоорганической химии им. М. М. Шемякина выполнен ана­

лиз первичной структуры (3- и (3'-субъединиц ДНК-зависимой РНК-полимера­

зы-белков, имеющих очень длинные лолипептидные цеrtи, 1342 и 1407

аМинокислотных остатков соответственно; аспартатамино-трансферазы из

сердца СВJшьи-412; леrrемоглобина из клубеньков желтого люnина-153; LIV (лей, иле, вал)-связывающего белка из кишечной палочки-344; нейро­ токсинов из яда среднеазиатской кобры-72; белков LIO и L25 из рибосом

кишечной палочки-164 и 94 соответственно; сх-субъединицы ДНК-зависимой

РНК-полимеразы- 329; инсектотоксина из яда среднеазиатского скорnиона-

62; зрительного роДопсина-348; фактора элонгации G-701; l'-субъединицы ГТФ-связывающего белка и l'-субъединицы цикло-ГМФ-фосфоДиэстеразы из сетчатки крупного рогатого скота-69 и 87 соответственно; Gз9-белка из

мозжечка быка-341; сх- и (3-субъединиц Na+, K+-АТФазы из почек свиньи-

1016 и 302 аминокислотных -остатков соответственно.

В нашей же стране расшифрованы первичные структуры пепсина свиньи-

313 остатков (В. М. Степанов и др.); стурина-27 (А. Б. Силаев); актиноксан­

тина-l07 (П. Решетов); лактогенного гормона-198 (Н. А. Юдаев); полиэд­ ренного белка вируса ядерного полиэдроза-244 (С. Б. Серебряный и др.);

нейротоксина из яда среднеазиатского скорnиона-65 (Е. Гришин и др.); холестерин-гидроксилирующего цитохрома Р-450 из митохондрий коры над­

почечников быка-481 (В. А. Чащин и др.); сх- и (3-субъединиц лютеинизиру­

ющего гормона из гипофиза кита-96 и 118 соответственно (В. С. Карасев

идр.); кальмодулина из мозга человека-148 (Ю. Б. Алахов и др.); гуанилспе­ цифичной РНКазы из нескольких видов аспергилла-l02 (С. В. Шляпников

идр.); рестриктазы Есо RV из кишечной палочки-241 (А. А. Баев и сотр.);

нейротоксина 111 из актинии-48 (Т. А. Зыкова и др.); нейраминидазы, струк­

турного белка нуклеопротеина и гемагглютинина вируса гриппа-470, 498

и566 соответственно (А. Б. Беклемишев и др.); В4 полипептида глицинина из сои-251 (Е. С. Захарова и др.); гепаторедоксина из МИТОХОНДрий печени быка-117 (В. Л. Чащин и др.); аспергиллопепсина А-320 (В. И. Остромыс­

ловская и др.); фосфорибозиламиноимидазол-сукцино-карбоксамидсинтетазы

пекарских дрожжей-306 (Н. А. Мясников и др.); белка VPl вируса ящура-

254 (А. М. Онищенко и др.); онкобелка р53 мыши-390 (П. М. Чумаков и др.);

пролактина из mпофиза человека-204 (Н. П. Мертвецов и др.); инсектоток­ сина из яда погребного паука- 35 (Н. Ж. Сагдиев и др.); белка PV2 вируса

гриппа-759 (Н. А. Петров и др.); А- и В-субъединиц токсина шигеллы-315

и 89 соответственно (А. А. Баев и сотр.); cx-субъедиlJИЦЫ Na +, к+ -АТФазы из

мозга человека (ПI форма)-IО13 (О. И. Макаревич и ДJ).) и (3-субъединицы

фосфодиэстеразы цГМФ-852 (В. М. Липкин И др.) аминокислотных остатка.

Каждый из белков, первичные структуры которых приведены выше (за исключением гемоглобина), представлен одной полипептидной цепью боль­ шей или меньшей длины. Чередование аминокислотных остатков в полипеп­

тидной цепи индивидуального белка неповторимо и специфично. В некоторых случаях молекулы белков построены из двух или более полипептидных цепей,

соединенных друг с другом ковалентными связями. Примером такого рода

может служить молекула инсулина (см. рис. 29). В большинстве же своем

молекулыI белков состоят из нескольких полипептидных цепей, удерживаемых силами слабых взаимодействий. I

При рассмотрении первичной структуры белковых тел возникает прин­ ципиально важный вопрос: осуществляются ли в белках все потенциально

возможные комбинации из аминокислотных остатков, их составляющих, или

существуют некоторые сочетания аминокислотных остатков, характерные

для MHomx, а может быть, и для всех белковь\х тел? Ведь белки и пептиды

63

за счет перестановки аминокислотных остатков в полипептидной цеIiи· мо­

гут давать огромное число изомеров:

Число амUНОl<:ислоm-	Возможное	Число аминiжислот-	Возможное
ных остomков в	число изомеров	ных остатков в	число изомеров
молекуле		молекуле
2	2	7	5040
3	6	8	40320
4	24	9	362780
5	120	lO	3362780
6..	720	20	_2·1018

Понятно, что при увеличении числа аминокислотных остатков в белковой

молекуле до нескольких сотен количество возможных изомеров может достигнуть

астрономических величин. Однако анализ чередования аминокислот в белках,

проведенный в последние годы, привел к открытию ряда закономерностей, позволяющих утверждать, что в белках реализуются далеко не все возможные первичные структуры. Прежде всего, в различных белках, а часто и в одном и том

же, встречаются идентичllыe (тождественные) пеlп1fдllыe rpyпnиpoвкн. Особая роль

в структурном подобии белков принадлежит тождественным трипептидным

группировкам, но в некоторых случаях и более обширные фрагменты совпадают по порядку чередования аминокислотных остатков. Так, в 52 рибосомных белках

тождественные трипептидные блоки повторяются 657 раз, тетрапептидные-86, пентапеmидные-ll, гексапептидные- 3, гептапептидные -ни одного раза. Вместе с тем в полипептидных цепях есть аналогичные пептидные группировки,

отличающиеся друг от друга взаимозаменяемыми аминокислотными остатками,

т. е. такими остатками аминокислот, которые близки по строению или биогенети­

чески, например: гли-сер. гли-ала. лей-иле. лей-вал. глу-асn и др.

Установлено, что в ряде случаев первичные структуры разшtчных белков

включают 50% и более тождественных пептидных фрагментов.

Кроме того, значительные совпадения первичной структуры характерны для белков, выполняющих сходные биологические функции. Это показано,

например, для семейства ферментов, ускоряющих реакции дегндрирования разнообразных субстрактов, а также для многих гидролаз, у которых последо­

вательность аминокислотных остатков вблизи активного центра крайне близка

и стандартна. Особенно высоким структурным подобием отличаются белки, выполняющие у разных видов одну-и ту же функцию, что наглядно выявляется

при сопоставлении первичных структур инсулина (табл. 8), а также цитохро­ мов, mcтoHoB, гипофизарных гормонов и других белков. У цитохромов,

выделенных из синезеленых, красных и бурых водорослей, первичные структу­

ры совпадают на 48-67%. Таким образом, видовая специфичность первичной

структуры гомологичных белков сводится к ограниченному числу аминокис­ лотных замен в полипептидной цепи в строго определенных положениях.

Богатейший материал этого рода дали анализы первичной структуры

аномальных гемоглобинов человека, где замена всего лишь одной аминокис­

лоты в <Х-, 13-, у- или о-цепи сопровождается возникновением каждый раз

нового mпа аномального геМОГlюбина. Таких гемоглобинов известно сейчас более двухсот. Они являются источником заболеваний человека, относящихся

к категории молекулярных болезней. Так, например, при замене в J3-цепи

гемоглобина человека шестого остатка глу на остаток вал возникает аномаль­ ный гемоглобин s. Это приводит К образованию эритроцитов серповидной формы с меньшим временем жизни, результатом чего является тяжелое наследственное заболевание-серповидная анемия.

64

Таблица8

Ра3JlDЧИR в перввчиых структурах А- и В-цепей инсулввов разиоrо происхождеиви

.~

ИсточнJIIC		Номера аминокислотных остатков
инсулина
	ЦепъА	ЦепъВ

4

8

9

\о

1

2

3

27

29

30

Кашалот, кит финвал,

глу

тре

сер

иле

фен

вал

асн

тре

лиз

ала

свинья (принят за эталон

сравнения)

Человек

тре

Бык, собака

ала

вал

Коза, овца

ала

гли

вал

Слон

ала

гли

вал

тре

Кит сейвал

ала

тре

Лошадь

гm

Кролик

ала

вал

сер

Крыса

асn

ала

вал

лиз

лиз

сер

мет

..

Мышь

асn

лиз

лиз

сер

Утка

мет

глу

асн

про

ала

ала

сер

тре

Цыпленок

гис

асн

тре

ала

ала

сер

Прuмечанuе. В остальных позициях цепей А и В инсулина разного происхождения чередование аминокис­ лотных остатков идентично; инсулин трески резко отличается по первичвой структуре от инсуливов, перечислен­

Hых в таблице видов.

Вторичная структура белка. Строго линейная полипептидная цепь присуща

крайне ограниченному числу белков. Одним из таких белков является фиброин

шелка-белок, выделяемый гусеницами шелкопряда. В силу особых условий формирования шелкового волокна в мощном мускульном прессе гусеницы

нитевидные молекулы фиброина, почти лишенные обрамляющих главную

полипептидную цепь радикалов, ориентируются вдоль шелкоотделителъного

протока И плотно упаковываются по ходу шелкового волокна, приобретающе­ го на некоторых участках псевдокристаллическое строение. Рентгеноструктур­

ный анализ дал возможность выявить в первую очередь именно линейный

характер полипептидных цепей в фи·броине шелка и, таким образом, в 30-е

годы нашего столетия возникло представление о белковой молекуле как полностью вытянутой полипепmдной цепи с периодом идентичности

в 0,71 нм (подобной той, что изображена на рис. 23).

Одвако позднее также рентгенографически бьшо найдено, что даже в фиб­

риллярных белках, не говоря уже о глобулярных, очень редко удается обнару­

жить полностью растянутые полипептидные цепи. Рентгеновские снимки посто­ янно указывали на наличие в белках цепей, каким-то образом сложенных или

скручешiых' для KOTOPblX повторяемость расположения CTPYКТYPHblX .элементов

составляла 0,54 нм. На основании анализа рентгенограмм растянутых и нор­

мальных волокнистых белков, таких, как кератин волоса, В. Астбери и Ф. Белл

(1941) впервые предложили модель свертьmания полипептидной цепи. Она

вполне объясняла наблюдаемый в опытах период иденmчности в 0,54 нм и его изменение при растяжении белкового волокна. Эта модель была уже построена

с учетом того, что валентныIe углы и межатомныIe расстояния, характерные для

нептидной связи и ее ближайшего окружения. не должны нарушаться.

Линия на моделирование как средство решения проблемы структуры бел­

ковой молекулы была продолжена Л. Полингом и Р. Кори (1949-1951). ОНИ

J---3502

65

вьщвинули критерии условий построения модели, отражающей возможное кон­

формационное состояние полипептидной цепи в белковой молекуле.

Исходя из выдвинутых критериев, Л. Полингом и Р. Кори были построены

спирали <Х- и о-тяпа, а Б. Лоу и Р. БеЙбуттом-п-спираль.

Так как только характеристика <Х-спиральной конформации цепи совпадала с величинами, наблюдаемыми при рентгеноструктурном анализе белковых кристаллов, то именно она и бьmа признана Л. Полингом и Р. Кори в качестве одного из структурных элементов, реально существующих в белковых моле­

кулах (рис. 30). Сейчас представление о сущесТQовании <х-конформации поли­

пеп1ИДНОЙ цепи в белках является общепринятым.

Как видно из рисунка, <х-спираль характеризуется предельно плотной упа­

ковкой скрученной полипептидной цепи, так что все пространство внутри мыслимого цилиндра, в пределах которого идет закручивание, заполнено. На

каждый виток правозакрученной <х-спирали приходится 3,6 аминокислотных

остатков, радикалы которых направлены всегда наружу и немного назад

(вверх на модели), т. е. отклонены в сторону начала полипептидной цепи.

Правый ход спирали легко установить, если смотреть в торец спирали со стороны N-концевой аминокислоты ПОЛИIIептидной цепи (начало молекулы):

на модели ясно видно, что закручивание полипецтИдной цепи идет по часовой

стрелке. Шаг спирали (расстояние между витками) составляет 0,54 нм, а угол подъема витка равен 260. Период идентичности, т. е. длина отрезка спирали, полностью повторяющегося по ходу ее, составляет 2,7 нм (18 аминокислотных

остатков).

Важнейшую роль в формировании и поддержании <Х-спиральной конфигу­

рации полипептидной цепи играют водородные связи, возникающие между -со- и -NН-группами хребта полипептидной цепи, расположенными на

соседних витках спирали (рис. 30). И хотя энергия этих связей невелика,

большое количество их приводит к значительному энергетическому эффекту, в результате чего <х-спиральная конфигурация достаточно устойчива и жестка. Предполагают, что п-электроны со- и NН-группировок полипептидной цепи

могут вступать во взаимодействие через водородные связи, осуществляющие контакт соседних витков <х-сnирали. В результате на спирализованных участ­

ках белковой молекулы возникают зоны сопряжения электронов. Они могут служить для передачи энергии возбуждения электронов, что имеет огромное

значение для осуществления химических реакций и трансформации одного

вида энерmи в другой. Таким образом, под вторичной структурой белковой

молекулы подразумевают ту или иную конфигурацию, характерную для од­

ной или нескольких полипептидных цепей, входящих в состав молекулы.

Не следует представлять дело так, что в любом белке полипептидная цепь

полностью спирализована. Такие случаи очень редки. Видимо, для каждого белка характерна та или иная степень спирализации полипептидной цепи:

Белок	Доля спиральной
	конфигурации. %
Парамиоэив	100
Миоrлобив	75
Гемоrлобив	75
Альбумин сывороточный свиньи	50
Альбумин куриноrо "йца	45
Лизоцим куриноrо ийца	35
Вирус табачной мозаИJ(И (субъединица)	30
Пепсин	28
Рибонуклеаза	17
~отрипсиноrен	I1

66

r

-1----

D,54 ..

J_____~~

~\

CJ,SIIIII

~\~

...... "J1I'

~ ___ L

---г-

Рис. 30. Модели и схема !Х-спирали

0'1	На модели at-aПIPали (слева) :шчерневы участхн спирали, обращенные к набmoдатеmo; пуихтиром обозначены водородные свJIЗII между СО· и NН-группами. раcnоJlоженнымII на соседних
	участках спирали; атомы водорода пока:шны в виде маленьких "РУ:КОЧJ:ов. На схеме !Х-cnирали (рядом) опущены все радикll.лы и похa:IaН ход хребта ПОJlИlleптидной цеlIll COOTBeтCТ1leннo
-....J	таковому в МОДeJIИ. Правее даны изображения !Х-спирали и It-спирали (крайняя справа) с учетом планарности пепrnлных связей

Таким образом~ в белковых молекулах спирализованные участки полипеп­

тидной цепи закономерно чередуются с линейными.

В природных белках существуют лишь правозакрученные сх-спиральные конформации полипептидных цепей, что сопряжено с наличием в белковых rелах аминокислот только L-ряда (за исключением особых случаев).

Наряду с сх-спиральной структурой в белковых молекулах наблюдается

также (3-структура. Под последней подразумевают слоистые структуры,

образуемые при сочетании участков полипептидной цепи, находящихся в (3-

конформации, т. е. в виде линейно построенных пептидных фрагментов. Линейная конформация этих фрагментов удерживается благодаря воз­

никновению водородных связей между параллельно идущими и сбли­

женными на расстояние 0,272 им (соответственно длине водородной связи

между со- и NН-группами) участками полипептидной цепи (рис. 31). Подобные структуры в массовом количестве представлены в волокнистых белках, например в фиброине шелка. Однако и в глобулярных белках (3-структуры присутствуют систематически и часто превалируют над сх­

структурами.

Возникiювение сх- и (3-структур В белковой молекуле является следствием

того, что аминокислоты и в составе полипептидных цепей сохраняют прису­

щую им способность к образованию водородных связей. Таким образом, крайне важное свойство аминокислот-соединяться друг с другом водород­

ными связями в процессе образования кристаллических препаратовреализу­ ется в виде сх-спиральной конформации или (3-структуры в белковой молекуле. Следовательно, возникновение указанных структур допустимо рассматривать

как процесс кристаллизации участков полипептидной цепи в пределах одной

и той же белковой молекулы (рис. 32).

. Способность к образованию водородных связей, являющихся движущей силой при возникновении сх- и (3-структур В белковой молекуле, присуща

разным аминокислотам в неодинаковой степени. Среди них вычленяют группу

спиралеобразующих аминокислот, куда входят ала, глу. глн, лей. лиз. мет

и гис. Если остатки перечисленных аминокислот сконцентрированы в какой-то части полипептидной цепи или превалируют в ее составе, то сх-спирализация

осуществляется очень гладко. Наоборот, такие аминокислоты, как вал, иле. тре, тир и фен, способствуют образованию (3-слоев полипептидной цепи. Гли.

сер. асn, асн и про имеют отношение к преимущественному возникновению

неупорядочеlDlЫХ фрагментов в ее составе. Рис. 33 иллюстрирует один из

вариантов сосуществования сх- и (3-структур В одном И том же белке.

Третичная структура белка. Сведения о чередовании аминокислотныIx оста­

тков в полипептидной цепи (первичная структура) и наличие в белковой молекуле специализированных' слоистых и неупорядоченныIx ее фрагментов

(вторичная структура) еще не дают полного представления ни об объеме, ни

о форме, ни тем более о взаимном расположении участков полипептИДНОЙ

цепи по отношению друг к другу. Эти особенности строения белка выявляют

при изучении его третичной структуры, под которой понимают общее рас­

положение в пространстве составляющих молекулу одной или нескольких поли­

пептвдных цепей, соединенных ковалентными связями. Эту структуру ранее обозначали как архитектонику белковых молекул.

Решение этой сложнейшей в химии белка проблемы связано с усовершенст­

вованием рентгеноструктурного анализа, выразившимся в увеличении раз­

решающей способности метода до 0,14 им. Поскольку межатомные расстоя­

ния в молекулах органических соединений составляют 0,1-0,2 нм, столь высокая разрешающая способность дает возможность точно установить рас­

положение кажл;ого атома полипептидной цепи в пространстве, т. е. построить

68

I

п

Б	в

Рис. 31. Р-Структура белков:

А-возникновение II-cтpyrrypbl; пунrrиром обозначены водородные свlI3и между СО· и NН-группами

латерально расположенных полипептидиых цепеА:; Б-плоский слой, образованный антипараллельно рас­ положенными молеltyлами полиглициua; I-фраrмент объемноА модели отдель'Ной молекулы ПОЛИfляцина: Н-слой из 06"ьeMlIblX моделей молекул полиглицина; В-I!-cлой. составленный из двух фрагментов полиneптидной цепи, построенных с учетом манарности пептидиых связей

исчерпывающую модель белковой молекулы. По разрешающей спосоБНОСТI1

рентгеноструктурный анализ превосходит только метод ядерного магЮIТногu

резонанса (0,03-0,09 нм), все более часто применяемый для изучения третич­

ной структуры белков. Кроме того, для этой,же цели используют электронную

микроскопию, круговой дихроизм, дисперсию оптического вращения и ней­

тронную кристаллографию, не говоря уже о массовом предсказании третич­

ной структуры белков по их первичной структуре при помощи ЭВМ.

69