Кристалл - белок
Cтраница 3
В кристаллическом виде получены только глобулярные белки; фибрилярные белки не способны кристаллизоваться. Кристаллы белков, растущие из растворов, содержат растворитель, который входит в структуру белка, так что удаление его вызывает потерю кристалличности. [31]
Молекулы белков могут быть выделены и кристаллизованы. Кристаллы белков, несмотря на то, что их молекулы содержат тысячи атомов, удается изучить методами рентгеноструктурного анализа и установить их структуру. Задача эта исключительно сложна, и не удивительно, что к настоящему времени известна структура лишь шести белков. [32]
Лучший метод - рентгенографический - был применен впервые к гемоглобину. Известно, что кристаллы белков содержат около 50 % кристаллизационной воды. [33]
Монокристаллы могут быть приготовлены и в случае очень крупных молекул, например глобулярных белков. Однако при исследовании кристаллов белков возникают дополнительные трудности, связанные с тем, что кристаллы почти наполовину состоят из растворителя и разрушаются при подсушивании. Нередко такие кристаллы разрушаются из-за длительного воздействия рентгеновских лучей. Кроме того, в отличие от более простых соединений при расшифровке структуры белков приходится измерять интенсивности и определять положение огромного числа дифракционных пятен. Дополнительная трудность, связанная с фазовой проблемой [4], состоит в том, что, помимо кристаллов чистого белка, необходимо исследовать также кристаллы его специфических производных, получаемых введением в молекулы белка тяжелых атомов. Вместо этого очень часто целью исследований становится определение расположения полипептидного остова в молекуле белка и локализация по возможности большего числа боковых групп. [34]
 |
Трехмерная модель Na K f АТФазы. [35] |
Общие представления о пространственном строении молекулы Na KJ - АТФазы были получены с помощью различных подходов. На основании результатов электронно-микроскопических исследований двумерных кристаллов белка была построена трехмерная модель Na4 К - АТФазы с разрешением 2 нм. В очищенном препарате фермента, представляющем собой фрагменты плазматической мембраны, молекулы белка ( в концентрации до I г / мл) плотно упакованы в липидном бислое. В результате длительного ингибиро-вания этих препаратов при пониженной температуре в присутствии иоиов Mg K и ва на дата происходит ассоциация молекул фермента и формируется область даумерной кристаллизации. Вертикальные размеры модели ( - 11 нм) значительно больше толщины липид-ного бислоя, что также свидетельствует о внемембранном расположении основной части молекулы Na, К - АТФазы. [36]
Значения электронной плотности вычисляются по слоям, в которых точки равной плотности соединяют линиями. Таким образом, получают послойную диаграмму кристалла белка. [37]
Полную структуру обычно записывают в виде таблицы, включающей все атомные координаты. В некоторых случаях указывается также подвижность атомов в кристалле белка. Все эти сведения собраны в банке данных о белках [390], откуда они предоставляются по запросам в виде записей на магнитной ленте. Чтобы использовать эти данные, обычно нужно составить собственную программу для ЭВМ. [38]
При со-сканировании детектор остается неподвижным, а кристалл поворачивается вокруг ш-оси. Эту технику часто используют для кристаллов с большими элементарными ячейками, например, для кристаллов белка, где есть вероятность, что отражения частично перекрываются. При 6: 29-сканировании детектор и кристалл движутся одновременно, причем скорость вращения кристалла вокруг 8-оси в два раза меньше скорости вращения детектора вокруг со-оси. Выбор области сканирования несколько больше необходимой увеличивает точность измеряемых значений интенсивности, уменьшая влияние экспериментальных ошибок в установке углов и в центрировании кристалла. Считается, что последние всегда нивелируются также благодаря однородности рентгеновского пучка. [39]
К настоящему моменту ( середина 1977 г.) определены структуры более 100 белков, большинство которых являются ферментами. Точность этих измерений не настолько велика, как в случае малых органических молекул, так как все кристаллы белков обладают определенной долей неупорядоченности, вследствие чего разрешение ограничивается 0 2 нм. [40]
 |
Возможные углы поворота в полнпептидной цели. [41] |
Для установления вторичной и третичной структур химические методы неприменимы. Для этой цели преимущественно применяют рентгенострук-турный анализ, причем из получаемой дифракционной картины рассчитывают распределение электронных плотностей в кристалле белка. [42]
Размеры ячейки могут быть весьма различными. Наименьшие расстояния между соседними узлами ( вершинами ячейки) встречаются у простейших кристаллов, построенных из атомов одного вида, наибольшие - у сложных кристаллов белка. [43]
Важно также быть уверенным в том, что трехмерная структура, определенная для кристалла, сильно не отличается от структуры фермента в растворе. Два типа данных показывают, что это именно так. Кристалл белка содержит большое количество кристаллизационной воды, и в некоторых случаях субстраты могут диффундировать через кристалл, нормально реагируя по мере диффузии. Аналогичным образом прямые структурные исследования белков в растворе методом ЯМР показывают там, где сравнение возможно ( например, в случае лизоцима [48]), близкое соответствие структуре, полученной методом рентгеноструктурного анализа. [44]
Нередко возникает вопрос - правомочно ли оперировать структурой белка в кристалле, в то время как в реальных условиях белковая молекула находится в растворе или в среде со сложным составом и именно в таких условиях выполняет свою биологическую функцию. Хотя дискуссии не прекращаются, многочисленные экспериментальные данные позволяют утвердительно ответить на этот вопрос. Во-первых, кристаллы белков весьма своеобразны по своей природе, они содержат большое количество растворителя ( воды), иногда свыше 60 % общей массы кристалла, и даже в кристалле молекулы белка оказываются в плавающем состоянии. Во многих случаях показано, что структура белка в кристалле соответствует его предпочтительной конформации, ибо межмолекулярные взаимодействия в кристаллической решетке не вносят существенных возмущений в структуру. [45]
Страницы: 1 2 3 4