Рентгенограма білків

Коли було виявлено, що рентгенограма білків щодо впорядкована, вперше стало ясно, що білкова молекула має більш регулярне будову, ніж це можна було припускати, виходячи з аналізу її первинної структури. Регулярне розташування дифракційних максимумів на рентгенограмі найкраще пояснюється, якщо припустити, що якась частина структури білка повторюється з дуже великою точністю. Однак ми знаємо, що в білковій молекулі регулярно повторюються лише елементи її пептидного кістяка. Саме тому основна увага дослідників була звернена на ретельне вивчення будови пептидного кістяка. Природно було припустити, що більша білкова молекула якимось чином складена. Завдання полягало в тому, щоб розкрити основні закономірності цієї укладання. Зверніть увагу, що молекулі дипептида відповідають дві резонансні форми (А і Б). Переважає форма Б. Гліцілгліцін був використаний при вивченні пептидного зв’язку, так як число атомів, положення яких необхідно було визначити в цьому випадку, мінімально різноманітні, а число розсіюючих центрів настільки велике, що для визначення тривимірного розташування атомів, що утворюють молекулу білка, необхідно провести дуже багато обчислень. Було встановлено, наприклад, що для визначення структури білка середнього молекулярного ваги необхідно провести 60 000-70 000 обчислювальних операцій. (До ери ЕОМ виконання таких розрахунків було неможливо) У зв’язку з цим перші успішні дослідження були проведені на дипептидил гліцілгліціне, що містить мінімальне число атомів. Оскільки атоми водню занадто малі, щоб розсіювати рентгенівські промені, в цьому дослідженні було необхідно з’ясувати положення тільки дев’яти атомів. Рішення завдання полегшувалося до того ж простотою приготування чистих кристалів гліцілгліціна. Ці дослідження дозволили визначити довжину пептидного зв’язку і просторове розташування атомів, що беруть участь в її освіті. Було показано, що переважає резонансна форма пептидного зв’язку і що цей зв’язок між азотом і вуглецем має частково характер подвійного зв’язку. Це було надзвичайно важливе спостереження, оскільки, як читач дізнається пізніше, скрізь, де б не виникала подвійний зв’язок, це завжди призводить до того, що утворюють її атоми розташовуються в одній площині. (Наприклад, молекула бензолу є абсолютно плоскою завдяки наявності системи сполучених подвійних зв’язків).

Інформація, отримана при вивченні гліцілгліціна, дала можливість провести повний структурний аналіз вже більш складного білка – фиброина шовку. У цьому білку кожна друга амінокислота – гліцин, а з решти амінокислот сильно переважає аланін. Було показано, що задовільна розшифровка рентгенограми можлива тільки в тому випадку, якщо прийняти, що ланцюг являє собою спіраль, кожен виток якої утворений 3,5 амінокислотного залишку. Діаметр такої спіралі дорівнює 1,05 нм, а крок – 0,54 нм. Впорядкованість у розташуванні дифракційних максимумів, що спостерігається на рентгенограмах білків, обумовлена, таким чином, правильним розташуванням витків спіралі і характеризує переважно регулярність пептидного кістяка, а не наявність повторюваних одиниць в первинній структурі.

Як можна бачити, освіта спіральної структури призводить до виникнення водневих зв’язків між атомами азоту і кисню амідних груп білка; позитивно заряджений атом водню розташовується при цьому між двома атомами, несучими сильний негативний заряд. Хоча одна така воднева зв’язок є відносно слабкою, велике число зв’язків, що утворюються одночасно, значно підвищує стабільність всієї білкової молекули. Щодо довгий і сам по собі позбавлений жорсткості пептидний остоз білкової молекули, стабілізований завдяки освіті вторинної структури, називають аспіралью. Необхідно мати на увазі, що аспіраль являє собою порожню циліндричну структуру, що нагадує в багатьох відносинах сходи маяка. Пептидний кістяк як би накручений на стінку циліндра; при цьому дуже мале число атомів, що утворюють молекулу, розташовується усередині аспіралі. Різноманітні амінокислотні залишки поліпептидного ланцюга виступають назовні і здатні взаємодіяти з іншими молекулами.

Посилання на основну публікацію