воды два атома водорода, способных образовать водородные связи, а кислород воды может завязать связь с атомами водорода аминогрупп.
α-Спираль не единственный способ упаковки молекул белка. Две длинные молекулы могут существовать в виде прямых нитей, которые соединяются между собой при помощи все тех же (только уже межмолекулярных) водородных связей:
Такая упаковка называется β-структурой, она также была открыта американским ученым Лайнусом Полингом. Последовательность аминокислот в белке называется его первичной структурой, а способ пространственной упаковки аминокислотных остатков α-спираль или β-структура называются его вторичной структурой.
В природе, в ее мудрых построениях нет ничего лишнего. Если в молекуле есть какая-то группа, она, несомненно, выполняет определенную работу. Обратимся опять к перечню природных аминокислот (с. 76). Теперь мы знаем, что аминогруппа, карбонил и α-атом углерода, заключенный между ними, образуют остов спирали. Но к этому углеродному атому прикреплены различные группировки, которыми, собственно, и различаются аминокислоты. И группировки эти весьма разнообразны, многие из них содержат фрагменты, которые способны образовывать водородные связи.
α-Спираль (и вообще любая полипептидная цепь) гибкая. Благодаря гидрофобным взаимодействиям гибкая белковая цепь сворачивается в клубок. Гидрофобные взаимодействия тоже результат образования водородных связей, но не между разными группами самой полипептидной цепи, а между этими группами и водой: те группы, которые могут образовывать водородные связи, вытягиваются на поверхность, в область контакта с водой, а остальные (гидрофобные) оказываются в центральной части молекулы. В результате отдельные участки спирали сближаются, молекула изгибается и свертывается в клубок. Формируется третичная структура белка.
У каждого белка своя последовательность аминокислот, а значит, и боковые группы расположены различным образом. Таким образом, первичная структура белка в конечном счете определяет его третичную структуру. Как специфична для каждого белка его первичная структура, так же специфична и его третичная структура.
Третичная структура не самая высшая ступень организации белковой молекулы. Многие белки состоят из нескольких полипептидных частиц, которые складываются в единый агрегат. Так, молекула гемоглобина состоит из четырех субъединиц. Еще сложнее частица белка вируса табачной мозаики, которая состоит из 2200 субъединиц. Способ пространственной организации нескольких полипептидных субъединиц это четвертичная структура белка.
Как видно из модели, молекула белка миоглобина свернута в клубок (слева); вирус табачной мозаики (справа) напоминает кукурузный початок, частица вируса состоит из 2200 более мелких белковых субъединиц
Глава 7. Химия наследственности
В семье родился ребенок. К счастливым родителям приходят родственники, знакомые, разглядывают нового гражданина и восклицают: "А глаза-то у него мамины!", "Нос зато папин", "Губы как у дедушки". Действительно, дети всегда чем-то похожи на своих родителей, да и от бабушки с дедушкой у них есть кое-что во внешности и в характере.
Но почему дети похожи на родителей? Почему у мышей не рождаются слонята, почему из семечка пшеницы не вырастает дуб или осина? Почему, наконец, у всех людей две руки, две ноги, а нос один-единственный? Что управляет развитием организма? Эти и многие другие подобные вопросы издавна интересовали людей. Ответы на некоторые из них были получены лишь в последние десятилетия.
Мы знаем теперь, что именно вещества, вполне определенные химические соединения, имеющие строго фиксированные температуры плавления, растворяющиеся или не растворяющиеся в тех или иных растворителях, невзрачные с виду бесцветные вещества и определяют в конечном счете, быть ли ребенку синеглазым в маму или кареглазым в деда. Эти вещества- уже известные нам белки и нуклеиновые кислоты. Белки начали изучать давно, нуклеиновые же кислоты лишь в последние десятилетия стали сенсационно знаменитыми.
Но прежде чем говорить о нуклеиновых кислотах, необходимо дать читателю представление об одном из классов химических соединений о гетероциклах.?
Что такое гетероциклы?
Чем интересна молекула бензола? Все шесть π электронов трех двойных связей образуют общее усредненное облако, придающее бензолу свойства ароматической системы. Что это значит? Это значит, что молекула бензола плоская (все шесть атомов углерода и шесть атомов водорода, с ними соединенные, лежат в одной плоскости), и атомы водорода легко замещаются на различные группировки (говорят, что бензол легко вступает в реакции электрофильного замещения). В то же время присоединение каких-либо атомов или молекул по двойным связям в случае ароматического бензола очень затруднено.
Заменим один из атомов углерода в молекуле бензола на атом какого-то другого элемента, например, на азот. Такую операцию можно провести, только заменить придется не один атом углерода, а всю группу С-Н (на место четырехвалентного углерода встает трехвалентный азот). Мы получили новое соединение, называемое пиридином: