Тайна одной болезни
"Видимо, причина болезни заключается именно в гемоглобине",- решили ученые. А гемоглобин это не что иное, как белок, содержащий небелковую часть с атомом железа в центре.
Ученые решили тщательно изучить гемоглобин больных серповидной анемией. Этот так называемый гемоглобин S гидролизовали ферментом трипсином и получили 26 пептидов. При выделении и различных манипуляциях 25 пептидов вели себя точно так же, как соответствующие фрагменты после гидролиза обычного гемоглобина здоровых людей (гемоглобин А). Но вот 26-й кусок несколько отличался. Определили состав 26-го пептида в гемоглобине А и в гемоглобине S. И что же оказалось?
Оказалось, что эти два пептида отличаются составом, хотя различия эти минимальны. В обоих случаях 26-й пептид состоит из восьми аминокислот, но в гемоглобине S шестая аминокислота валин, в то время как в "здоровом" гемоглобине А это место занимает глутаминовая кислота:
В молекуле гемоглобина 574 аминокислоты. Но вот в одном месте глутаминовая кислота по какой-то случайности заменена на валин и человек уже тяжело болен!
Серповидная анемия болезнь наследственная, так что синтез "бракованного" гемоглобина S уже запрограммирован в наследственном материале.
Как синтезируют белок
Зададимся целью синтезировать искусственно один из самых простых белков инсулин. Как мы уже говорили, молекула инсулина состоит из двух цепей А и В. Очевидно, нужно получить отдельно обе цепи, а затем соединить их. Итак, синтез цепи В молекулы инсулина. Будем проводить его с С-конца цепи. Первая аминокислота аланин. В первую очередь возьмем основу, к которой будем постепенно, кислоту за кислотой, приращивать инсулиновую цепь. В качестве такой основы можно брать ионообменные смолы, полистирол. Прикрепим к основе через карбоксильную группу первую аминокислоту аланин.
Итак, аланин карбоксильной группой зацепился за смолу, но аминогруппа у него свободна. Теперь к этой аминогруппе надо прикрепить через карбоксильную группу следующую аминокислоту лизин. Как это сделать? Хороший способ получения амидной связи между карбоксилом и аминогруппой ацилирование последней хлорангидридом кислоты. При этом выделяется хлористый водород:
Так и поступим. Возьмем хлорангидрид лизина g подействуем им на... Стоп! Ничего хорошего не получится. Дело в том, что в самом лизине есть аминогруппа, и не понятно, почему хлорангидрид лизина должен взаимодействовать лишь с аминогруппой первой аминокислоты (аланина), а не даст полиамид лизина.
Как же быть? Чтобы выйти из положения, нужно защитить аминогруппу лизина от действия хлор-ангидридов. Для этого ее ацилируют ангидридом трифторуксусной кислоты. Почему именно трифтор-уксусной, а не просто уксусной, почему аминогруппу нельзя просто проацетилировать, т. е. защитить группой СОСН3? Оказывается, ацетильная группа "держится" за аминогруппу прочно, а наша цель посадить ее "на время". Трифторацетил же' потом легко будет "снять", не разрушая образовавшегося пептида.
Значит, следующая стадия заключается в ацилировании по аминогруппе "привязанного" к смоле аланина хлорангидридом трифторацетилированного (тоже по аминогруппе) лизина. В случае лизина дело осложняется еще присутствием второй аминогруппы, но ее можно защитить какой-то группой X, которая не отщепляется с нее во время синтеза и удаляется только в самом конце.
В результате мы получаем дипептид с защищенной аминогруппой. Теперь аминогруппу надо освободить. Защиту снимаем, действуя слабым раствором щелочи, и получаем свободную аминогруппу, способную принять следующую аминокислоту пролин.
Очередная стадия теперь уже понятна читателю действуем на пептид хлорангидридом трифторацетилированного пролина. Потом снимаем защитную группу, действуем хлорангидридом трифторацетилированного треонина, и так далее, пока не построим всю цепь из 30-ти аминокислот. Присоединяем последнюю кислоту фенилаланин, снимаем защитную группу и, действуя кислотой, отсоединяем готовую цепь от смолы.
Таким же образом синтезируем вторую цепь, соединяем обе цепи, и искусственный инсулин готов! Не так просто и не так быстро, не правда ли? Да? работа
требует терпения и времени.
Первичная структура белка фермента рибонуклеазы
Тем не менее в 1968 г. Мэрифилду удалось синтезировать сравнительно сложный белок фермент рибонуклеазу. Он состоит из 124 аминокислот. Этот синтез включал 11931 стадию (подобных тем, что мы только что разобрали), он был проведен всего за три недели.
Молекула белка в пространстве
α-Спираль одна из возможных вторичных структур белковой молекулы. На один виток спирали приходится 3,6 аминокислотных остатка. Длина такого витка 0,54 нм
Между кислородом карбонильной группы и водородом аминогруппы возникает особая связь, называемая водородной. Эта связь гораздо слабее обычной химической связи, и одну водородную связь легко порвать. Но вдоль белковой цепи таких водородных связей десятки и сотни. Именно поэтому разрушить спиральную структуру белка не так-то легко.
Если смочить водой волос животного или человека, его можно растянуть примерно в два раза. Волос состоит из а-спирали белка кератина. Когда волос растягивают, водородные связи между витками спирали рвутся и спираль вытягивается в прямую нить. Молекулы воды помогают разорвать эти внутримолекулярные водородные связи, так как сами образуют такие связи с карбонильным кислородом белка (ведь в молекуле