Химотрипсин. Молекула химотрипсина состоит из 242 аминокислотных остатков, среди которых преобла­дает серин (30остатков). Было установлено (по крайней мере предположительно) положение 224 аминокислот.
Они образуют три цепи, связанные друг с другом несколькими цистиновыми мостиками [2, 11, 15].
Химотрипсин участвует в ферментативном гидролизе С — Х-связи
где X может быть (но не обязательно должен быть) аминогруппой полипептида, а И обозначает бензильный илиоксибензильный остаток (из фенилаланина или тирозина).
Тесты с ингибиторами фермента (в частности, с ве­ществом из группы нервных газов — диизопропилфтор- фосфатом, или ДФФ) и опыты с агентами, изменяющи­ми аминокислоты, а также опыты с частичным перева­риванием показали, что химотрипсин имеет активные центры двух типов: один.— ответственный за распозна; вание субстрата, и другой — ответственный за гидролиз. В процессе гидролиза с участием химотрипсина чрезвы­чайно важную роль играет один из тридцати остатков серина, расположенный на одной из двух длинных це­пей. Было показано, что столь же важную роль играет один — и только один — из двух остатков гистидина; он находится на другой длинной цепи. Таким образом, ак­тивный центр, ответственный за гидролиз, располагает­ся так, что он захватывает по меньшей мере две цепи. Значительное снижение ферментативной активности хи­мотрипсина наступает при изменении одного из двух метионинов, вероятно того, который отделен от активно­го серина тремя остатками (второй метионин отделен пятнадцатью остатками, но если третичная структура фермента не. нарушена, то он может располагаться близ активного центра). Один из семи остатков триптофана тоже, очевидно, выполняет важную функцию, так как его изменение приводит к снижению активности. Осталь­ные шесть нереакционноспособны и, вероятно, находят­ся внутри молекулы химотрипсина. Остаток аспарагина, расположенный близ активного серина, может оказаться функционально активным, в частности потому, что он встречается в той же комбинации с серином и гистиди-
ном в двух других гидролитических ферментах; однако другой фермент, аналогичный по своему действию, не содержит аспарагина в этом положении.
Итак, из 242 аминокислотных остатков, входящих в состав химотрипсина, по-видимому, только два (один серин и один гистидин) играют решающую роль в про­цессе гидролиза, а три других (метионин, аспарагин и триптофан) выполняют важную вспомогательную функ­цию; остальные (например, некоторые цистиновые группы) могут играть какую-то роль, но они вряд ли участвуют сколько-нибудь специфическим образом в обе­спечении ферментативной активности. Точно известно, что некоторые аминокислотные остатки не влияют на ферментативную активность; например, все лизиновые остатки можно превратить в гуанидиновые (что значи­тельно увеличивает их размер) без изменения фермен­тативной активности химотрипсина. Отсюда не следует, что молекула химотрипсина состоит из пяти необходи­мых аминокислот и 235 «никчемных». Другие аминокис­лоты могут играть решающую роль в иных функциях этой белковой молекулы, например в распознавании под­ходящего субстрата. Важно усвоить, что функции бел­ковых молекул высокодифференцированы, причем для выполнения каждой из них весьма существенно и спе­цифично участие какой-то определенной части молеку­лы, тогда как все другие ее части играют лишь «поддер­живающую» или «разрешительную» роль.
Следует подчеркнуть, что нам точно не известна функциональная организация белковой молекулы и что мы располагаем лишь очень несовершенными и чисто описательными данными в этой области. Попробуем представить себе, что бы получилось, если бы мы стали изучать определенную функцию человеческого организ­ма (скажем, зрение) методами, аналогичными тем, ко­торыми пользуются при «препарировании» ферментов.
Допустим, что мы стали бы отрезать от тела кусок за куском, начав с пальцев ног. Мы бы убедились, оче­видно, что чуть не всю нижнюю треть тела можно от­сечь, и это никак не повлияет на зрение. С тем же успе­хом можно отрубить и руки, но зато, проломив человеку голову, можно быстро сделать его слепым. Если бы мы попробовали использовать более тонкие методы, напри­мер применить яды, нарушающие функцию печени или почек, то мы бы увидели, что повреждение этих органов приведет к нарушению зрения, но не сразу, а лишь че­рез довольно значительный промежуток времени и, зна­чит, печени и почкам можно приписать лишь «разре­шительные» функции. Один исследователь, попробовав, например, прижигать различные участки поверхности тела, в том числе и роговицу, пришел бы, вероятно, к выводу, что зрение есть чисто поверхностная функция; другому, возможно, удалось бы избирательно разру­шить сетчатку и таким способом показать, что целост­ность поверхности необходима для обеспечения нормаль­ного зрения, но недостаточна для этого. Конечно, выяс­нилось бы, что разрушение сердца или мозга ведет к немедленной потере зрения. Можно легко представить себе результирующую картину «активных участков» и вспомогательных областей! А ведь, в сущности, сходным образом мы и поступаем, когда пытаемся судить о функ­циональной организации какой-нибудь белковой моле­кулы, которую мы исследуем.
Брадикинин. В природе встречается целый ряд оли­гопептидов, обладающих специфическими функциями. К ним относятся гормоны задней доли гипофиза и дру­гие вещества, действующие на гладкие мышцы и изме­няющие тонус сосудов (каллидины, ангиотензин, веще­ство Р); вещества, влияющие на проводимость нервов; вещества, необходимые для роста бактерий (стрепоге- нин, Бас^асШив-фактор), и, наконец, целый ряд ан­тибиотиков. Несколько крупнее олигопептидов молекулы полипептидов, секретируемых передней долей гипофиза, а также инсулин. Для некоторых из этих веществ соот­ношение структура—функция проверялось не только в опытах с видоизменением молекул природных веществ (как это делается при изучении ферментов), но и в экс­периментах с синтезом более или менее сходных моле­кул. Эксперименты этого последнего типа позволяют по­лучать данные, которые в опытах одного только первого типа добыть невозможно. Одним из веществ, изученных лучше всего, является гормон брадикинин [31].
Плазма крови содержит определенный глобулин; при действии ца него различных ферментов образуется пептид из 10 аминокислотных остатков, вызывающий рас­ширение большинства кровеносных сосудов и сокраще­ние некоторых гладких мышц (мышц бронхов, кишечни­ка и матки). Этот пептид называется каллидином (или каллидином II), его предшественник — каллидиногеном,

Фиг. 6.

а пептидные ферменты, катализирующие процесс пре­вращения предшественника в активный пептид, — кал- ликреинами. Последние содержатся в нескольких орга­нах, а предшественник калликреина — в самой плазме. Если подвергать каллидин перевариванию, воздействуя на него трипсином, то от него отщепляется остаток ли­зина; образующийся при этом укороченный пептид (из 9 аминокислот), называемый каллидином I или бради- кинином, обладает примерно такой же активностью, как и исходный каллидин. Дальнейшее переваривание трип­сином приводит к появлению олигопептидов, лишенных активности. Полагают, что каллидин и брадикинин слу­жат локальными регуляторами кровотока. Химический состав брадикинина (подтвержденный в опытах с син­тезом и биологическим испытанием синтезированного продукта) показан на фиг. 6.
Был испробован и испытан в биологических тестах ряд веществ с измененным (по сравнению с приведен­ным на фиг. 6) химическим составом. Применение раз­личных тестов позволило показать, что, вообще говоря, активность изменяется в одном и том же направлении,
но не в одинаковой степени: данное изменение химиче­ского состава не влияет на все функции измененной мо­лекулы совершенно одинаковым образом. Были получе­ны следующие данные.
1. Удаление аргинина в положении 1 или 9 приводит к утрате активности. Катионный характер двух конце­вых аминокислот не играет решающей роли: замещение обоих аргининов Ы0₂-аргининами или одного из них цит- руллином, лизином или орнитином приводит к уменьше­нию активности; при замещении обоих аргининов цит- руллинами активность становится ничтожно малой.
2. Удаление пролина в положении 2 или в положе­нии 3 приводит к значительному уменьшению активно­сти; при удалении обоих этих пролинов или при удале­нии пролина в положении 7 активность полностью утрачивается; при замещении пролина в положении 7 глицином активность частично сохраняется.
3. Замещение серина в положении 6 глицином не вы­зывает никаких изменений; его замена Б-серином при­водит к умеренному уменьшению активности.
4. Если серин в положении 6 заменяется глицином, то образующееся активное соединение совпадает по структуре с ретросоединением, если не считать того, что против 2-пролина стоит 8-фенилаланин. Это различие имеет решающее значение, так как ретробрадикинин неактивен. Однако фенилаланин можно несколько изме­нить без каких-либо последствий: я-фторирование фе- нильных групп не вызывает утраты активности, а заме­щение О-фенилаланином вызывает лишь незначительное ее уменьшение.
5. При замещении всех аминокислот в положениях 2—8 глицином образуется неактивное соединение.
Итак, брадикининная активность наблюдается у не­которых родственных брадикинину веществ, но не толь­ко у них: эледоизин — пептид, содержащийся в слюнной железе одного моллюска и имеющий состав
Н-Пироглутамат-Про-Сер-Лиз-Асп-Ала-Фен-Илей-Гли-Лей-Мет-МН₂,
в высокой степени обладает всеми типами брадикинин- ной активности. Однако эледоизин и брадикинин не имеют ни одной одинаковой пары аминокислот, у них
различная общая длина, разные изоэлектрические точки и разная растворимость в воде [6]. Два других, не род^ ственных брадикинину пептида
(Лей-Вал-Цис-Гли-Глун-Арг-МН₂)₂ и (Лей-Вал-Цис-Изоглу-Арг)₂,
обладают слабыми, но характерными для брадикинина типами активности.
Исследования брадикинина, основанные на его фер­ментативной деградации, ингибировании и химическом видоизменении, а также исследования с меньшими пептидами, основанные на альтернативном синтезе, по­казывают, что какая-то определенная функция не обяза­тельно отвечает одной определенной молекулярной конфигурации. Скорее существует некая совокупность структурно родственных аминокислотных полимеров, спо­собных осуществлять одну и ту же функцию, но не обя­зательно одинаково эффективно. Исследования брадики­нина и аналогичные исследования факторов роста бактерий [32] доказали, что идентичные функции могут выполняться целым рядом близких, но структурно не родственных соединений, или, точнее, соединений, у кото­рых не согласованы ни последовательности аминокислот, ни какие-либо другие, известные нам особенности. Это может только означать, что мы еще до сих пор не знаем «языка», правильно описывающего соотношение структура — функция в белках. Отсюда можно также заключить, что интересующие нас функции могут обес­печиваться не одной, а несколькими структурами.