Cтраница 2
Данные о гидродинамических свойствах белков в растворе и оценка размеров элементарной ячейки, полученная с помощью рентгеноструктурного анализа кристаллических белков, свидетельствуют о компактности и жесткости белковой молекулы. Легкость, с которой эта компактность может быть нарушена, свидетельствует вместе с тем о том, что структура стабилизирована не ковалентными связями. Стабилизация плотно свернутой третичной структуры глобулярных белков достигается за счет взаимодействия боковых цепей аминокислотных остатков, обладающих указанными выше химическими свойствами. Силы взаимодействия каждая в отдельности не велики: ионное взаимодействие, водородные связи, гидрофобное взаимодействие и вандерваальсовы силы. Но поскольку число этих слабых связей очень велико и все они действуют одновременно по всей свернутой структуре белка, она обладает достаточной устойчивостью при обычной температуре. Оценить относительное значение связей различного типа в поддержании третичной структуры очень трудно и на этот счет еще нет единого мнения. [16]
Для некоторых белков, и в частности рибону-клеазы ( фермента, расщепляющего рибонуклеиновую кислоту), получены данные, позволяющие ответить на этот вопрос. Рибо-нуклеаза состоит из 124 аминокислотных остатков, последовательность которых известна. В нативном белке эти остатки, соединяясь попарно ( 26 - 84, 40 - 95, 58 - ПО, 65 - 72), образуют четыре дисульфидных мостика; существование этих мостиков затрудняет образование а-спирали. Как показывают гидродинамические измерения, молекула рибонуклеазы имеет почти сферическую форму, и, следовательно, цепь молекулы должна быть свернута, образуя третичную структуру, стабилизируемую взаимодействием боковых цепей. [17]
Далее, сравнение спектров кристалла стирола и 2-метил - 1-фенилпропена - 1 позволило высказать предположение о не-компланарности их заместителей и бензольного кольца, несмотря на наличие в их молекулах сопряженной двойной связи. Как видно из табл. 4.2, стирол по сравнению с 2-метил - 1-фенилпропеном - 1 характеризуется большими величинами спектральных критериев искажения и, следовательно, сопряжение в молекуле стирола больше, чем в его гомологе. На первый взгляд этот вывод кажется удивительным, так как по обычным представлениям сопряжение в последнем случае должно быть больше за счет наложения эффекта гиперконьюгации а-электронов С - Н - связей метильных групп с сопряженной системой я-элек-тронов. Однако расмотрение моделей Стюарта - Бриглебба для этих молекул показывает, что картина здесь сложнее. Действительно, из-за значительных кон-формационных взаимодействий боковой цепи с атомами водорода бензольного кольца, находящимися в орто-положении, радикал-заместитель должен выходить из плоскости этого кольца, что ведет к уменьшению сопряжения. Причем не исключено, что уменьшение сопряжения из-за некомпланарности может превысить его прирост, обусловленный гиперконьюга-цией. [18]
Аминокислоты, пептиды и другие амфотерные соединения диссоциированной форме в водных растворах находятся исключительно в виде амфотерных ионов. Заряд этих ионов может меняться в зависимости от рН среды. В кислой среде подавляется диссоциация карбоксильной группы и аминокислота ведет себя как катион, а в щелочной среде исключается протонирование с образованием аммониевой группы и цвиттер-ион превращается к анион. Изоэлектрическая точка р / представляет собой среднее арифметическое констант диссоциации. Эта теоретическая зависимость нарушается другими сорбцион-ными процессами, обусловленными взаимодействием боковых цепей аминокислот или пептидов с матрицей ионита. Аналогичная зависимость наблюдается при диссоциации и сорбции компонентов нуклеиновых кислот. [19]
При этом разрывается связь между 20 - м ( аланин) и 21 - м ( серии) остатками и образуется два пептида - короткий ( называемый S-пептидом), содержащий 20 остатков, и более длинный ( называемый S-бел-ком) из 104 остатков. Поскольку первый остаток цистеина находится в молекуле на 26 - м месте, отщепление S-пептида, состоящего из 20 первых аминокислотных остатков, равнозначно отщеплению хвоста фермента. По отдельности ни хвост, ни S-белок не проявляют ферментативной активности, но их экви-молярная смесь активна. Очевидно, несмотря на разрыв связи между 20 - м и 21 - м остатками, благодаря взаимодействию боковых цепей образуется активная третичная структура. Если, так же как это делалось в случае нативного фермента, восстановить, а затем вновь окислить S-белок, то получающийся продукт ничем не отличается от первоначального S-белка. После добавления к реконструированному S-белку S-пептида активность в большой степени восстанавливается. По-видимому, правильное образование дисульфидных связей происходит и в отсутствие S-пептида. Однако он все же несет какую-то определенную функцию, так как в его присутствии уменьшается количество осадка, состоящего, как предполагают, из молекул, связанных поперечными связями. Если опыт по восстановлению и последующему окислению производится с раствором, содержащим как S-пептид, так и S-белок, процент растворимого активного материала оказывается более высоким. [20]
Маловероятно, чтобы свободное антитело или антитело, связанное, но не образовавшее агрегата, могло бы фиксировать комплемент. Ослер и Хайдельбергер показали также, что комплемент не связывается комплексами, состоящими из одной молекулы антитела и одной или двух молекул антигена, образованными в условиях значительного избытка антигена ( Osier, Heidelberger, 1948); необходима, следовательно, минимальная сложность структуры агрегата. Одна молекула антигена может реагировать с несколькими молекулами антитела, а одна молекула антитела-с двумя молекулами антигена; поэтому большие агрегаты образуются в результате специфических сочетаний молекул антигена и антитела. В настоящее время предложено два типа их структуры. Гольдберг ( Goldberg, 1952), по аналогии образования полимеров из мономеров, отрицает циклическую структуру и считает, что агрегаты образуются только за счет взаимодействия боковых цепей без перекрестных связей между ними. [21]
В молекулах белков ( альбумины, глобулины, ферменты и др.) и полипептидов цепи построены из большого количества разнообразных остатков L-аминокислот. Помимо последовательно соединяющих их плоскорасположенных пептидных связей - СО-NH -, аминокислотные остатки связаны большим количеством водородных связей с удаленными остатками. Условия максимального насыщения внутримолекулярных водородных связей и максимальной плотности упаковки аминокислотных остатков в цепи при соблюдении обычных валентных углов и расстояний приводят к характерному свертыванию цепи в спирали. По теории Паулинга и Корея, в глобулярных белках, а-кератине и некоторых полипептидах свертывание происходит по типу а-спирали ( рис. 120), где на 3 витка спирали приходится по 11 остатков и через каждый третий аминокислотный остаток между ] пептидными группами образуется водородная связь ( отмечена пунктиром), параллельная оси спирали. Последовательность аминокислотных остатков различна для каждого белка, что создает на поверхности спирали из боковых цепей аминокислот специфичный рельеф, определяющий структуру центров ферментативной, антигенной, гормональной и других активностей белка. Взаимодействие боковых цепей вызывает также специфические для каждого белка отклонения основного хода спирали. В фибриллярных белках ( фиброин шелка, В-кератин, миозин и др.) спирали вытянуты и водородные связи соединяют соседние цепи по перпендикулярным к их осям направлениям. [22]