XVI.7. Какими были первые функционально активные белки?

Простейший белок мог быть гомополипептидом, например полиглицином. Имел ли он какую-нибудь каталитическую активность? На этот вопрос могут и должны дать ответ эксперименты. Гетерогенные последовательности с достаточно большим числом остатков — скажем, 15—30 — способны к образованию -слоя, имеющего активный центр, в котором концевая карбоксильная группа фиксирована в определенном положении вблизи концевой аминогруппы (рис. 58). Расстояние между ними варьирует с длиной цепи, так как в -слое антипараллельные цепи закручены [79]. Концевая аминогруппа имеет около 8, следовательно, каталитический центр

Рис. 58. Простой предшественник фермента изображен в виде -етруктуры, состоящей из 15—25 аминокислот (для образования которой необходима мРНК длиной 45—75 нуклеотидов). В активный центр входит концевая аминогруппа, которая является очень эффективным донором протонов концевая карбоксильная группа, которая служит акцептором протонов, и каталитически активная боковая цепь (например, или Можно построить много альтернативных структур, но лишь в некоторых из них цепи будут закручены в спираль именно с тем шагом, который необходим для образования эффективного активного центра.

содержит по меньшей мере эффективную протонную донорно-акцепторную систему. Образованию -структур благоприятствует чередование остатков Однако полипептиды, состоящие исключительно из остатков плохо растворимы, поэтому они могут присутствовать в ощутимых количествах лишь на поверхностях раздела.

Строение -слоев изучали и Фасман [80], которые проанализировали рентгеноструктурные данные для 29 белков и выявили 459 -изгибов. В числе трех остатков, чаще всего встречающихся в области -изгиба во всех его четырех положениях, находятся тогда как в участках, расположенных за -изгибом, преобладают гидрофобные остатки.

Важной предпосылкой каталитической активности является определенное пространственное расположение концевых трупп. Для стабилизации воспроизводимого складывания может оказаться необходимым использование двух или более видов аминокислот. Давно известно, что -слои являются важными элементами белковой структуры. Согласно Левитту

[81], существует весьма общий принцип стабилизации с их помощью активной конформации белков.

Большая распространенность глицина и аланина могла в основном определить характер первых белков, но для обеспечения растворимости более длинных последовательностей были необходимыми полярные боковые цепи. Наличие четырех видов аминокислот привело бы, конечно, к гораздо большей структурной гибкости. Если следующими двумя кандидатами были аспарагиновая кислота и валин, то могли образоваться глобулярные структуры, стабилизируемые гидрофобными взаимодействиями боковых цепей валина и аланина и солюбилизируемые карбоксильными боковыми цепями аспарагиновой кислоты. Этот остаток создает условия для образования специфических каталитических центров с участием двухвалентных ионов металлов.

Нашему воображению слишком трудно охватить колоссальное многообразие всех возможностей. В настоящее время проводятся эксперименты, цель которых состоит в исследовании различных структур в отношении их эффективности в дискриминации различных последовательностей РНК и их структурных особенностей. Результаты, полученные с рибонуклеазами [82], стимулируют поиски «минимальной структуры», способной специфически узнавать определенные последовательности РНК.