Молекулярная биология: Структура и функции белков - Степанов В.М. 2005

Вторичная структура
Оптические методы изучения вторичной структуры

Наиболее надежным является определение вторичной структуры по результатам рентгеновского анализа пространственного строения белка. Однако этот метод сложен и требует значительного времени, существенно уступая в скорости современным способам установления первичной структуры, поэтому важно хотя бы примерно оценивать содержание отдельных типов вторичной структуры в белке. Кроме того, рентгеноструктурный анализ не позволяет следить за изменениями пространственной, а значит, и вторичной структуры белка в растворе в условиях, особенно интересных для изучения функции.

Для такого рода задач используют оптические методы — исследование кругового дихроизма или дисперсии оптического вращения. Оба эффекта основаны на электронных взаимодействиях между хромофорами — карбонильными группами соседних пептидных связей. Такие взаимодействия существенно зависят от взаимной ориентации карбонильных групп в пространственной структуре, а значит, от конформации соответствующих участков полипептидной цепи белка.

Так, набору углов φ и ψ, свойственному тому или иному типу вторичной структуры белка, отвечает характерный спектр кругового дихроизма. В наблюдаемых спектрах реальных белков вклады отдельных типов вторичной структуры суммируются. Сопоставление спектров кругового дихроизма для ряда белков, имеющих, по данным рентгеноструктурного анализа, существенно разное содержание а-спиралей, ß-структурных элементов, ß-изгибов, участков с нерегулярной структурой, позволяет найти базисные спектры, свойственные этим видам вторичной структуры. Спектр кругового дихроизма изучаемого белка может быть представлен как сумма базисных спектров. Вклад каждого из них пропорционален содержанию соответствующего типа вторичной структуры в данном белке.

Такой способ обычно дает результаты, неплохо согласующиеся с данными рентгеноструктурного анализа. Как правило, легче предсказывается содержание а-спиралей, обладающих более выраженными особенностями спектра кругового дихроизма, несколько сложнее — содержание ß-структурных элементов и ß-изгибов. Однако главное достоинство метода — не в определении абсолютного содержания отдельных типов вторичной структуры. Он особенно ценен для наблюдения за тем, как изменения условий сказываются на вторичной, а значит, и на третичной структуре белка. Метод незаменим при исследовании денатурации белков, характеристике белковых фрагментов и фибриллярных белков.