Пятна на рентгенограммах кристаллов белков

На рентгенограммах кристаллов белков число пятен доходит до сотен тысяч. Для точного определения фазы каждого пятна необходимо тщательно измерить несколько раз его интенсивность (степень почернения) как на рентгенограмме кристалла чистого белка, так и на рентгенограммах кристаллов производных этого белка с тяжелыми атомами, в разных положениях присоединенными к его молекуле. Затем в результаты нужно внести поправки на различные геометрические факторы и лишь тогда приступать к созданию модели, накладывая друга на друга десятки тысяч дифракционных полос. В конечных расчетах приходится оперировать десятками миллионов. Вычисления оказались бы нам не под силу, если бы не существовало быстродействующих вычислительных машин. К счастью, усовершенствование вычислительных машин шло в ногу с возрастающими потребностями рентгеноструктурного анализа.

Пока я преодолевал различные методические трудности, мой коллега Дж. Кендрью успешно применил метод тяжелых атомов к миоглобину — белку, очень близкому к гемоглобину. Миоглобин устроен проще: он состоит всего из одной пептидной цепи и одной группы гема, связывающей одну молекулу кислорода. Кроме того, миоглобин в отличие от гемоглобина не способен соединяться с двуокисью углерода и служит только носителем кислорода.

Совместно с Г. Динтцисом и Г. Бодо Кендрью блестяще решил задачу получения целых пяти различных кристаллических соединений миоглобина с тяжелыми атомами; а это значит, что ему удалось весьма точно определить фазы дифракционных пятен. Кроме того, он впервые применил рентгеноструктурном анализе быстродействующие вычислительные устройства. В 1957 г. Кендрью и его сотрудники впервые разработали трехмерную модель миоглобина (смотрите рисунок ниже).

Модель молекулы миоглобина

Здесь представлена модель молекулы миоглобина, воссозданная впервые при низком разрешении Кендрью и его сотрудниками в 1957 году. Видно общее направление полипептидной цепи молекулы. Дисковидная структура (здесь изображена под углом)— это группа гема. Более подробное и точное изображение молекулы миоглобина (вид с другой стороны) приведено на рисунке ниже справа.

Смотрите рисунок - Миоглобин (справа) и β-цепь гемоглобина (слева).

То был поистине триумф, но все же не без примеси некоторого разочарования. Неужели поиски абсолютной истины могут привести к установлению столь отталкивающей структуры, напоминающей внутренности? Неужели вместо золотого самородка нашли всего лишь свинцовую глыбу? К счастью, подобно многим другим природным объектам, миоглобин выигрывает в красоте при более близком рассмотрении. По мере уточнения структуры миоглобина,— эту работу Кендрью и его сотрудники продолжали и в последующие годы, — стали яснее внутренние Дичины, объясняющие странную форму молекулы. Эта форма оказалась не уродством, а принципиальной закономерностью, свойственной, очевидно, миоглобинам и гемоглобинам всех позвоночных.

«Молекулы и клетки», под ред. Г.М.Франка

• Расположение четырех групп гема в молекуле оксигемоглобина
• Наблюдения изменений положений цепей в свободном от кислорода гемоглобине человека
• Построение модели α- и β-цепей гемоглобина
• Сравнение аминокислотных последовательностей в молекулах гемоглобина и миоглобина
• Рентгенограмма монокристалла гемоглобина
• Функция гемоглобина
• Установление структуры
• Структура гемоглобина
• Ослабление электрического поля воды
• Подавление α-спиралей
• Структурные изменения гемоглобина и ферментов при соединении со своими субстратами
• Гемоглобин
• Двухвалентное железо
• Получение дифракционных полос
• Проблема фаз
• Метод введения тяжелых атомов