Спиральные структуры
Предположим, что локальный изгиб цепочки в каждом Сa -атоме, связывающем две структурные единицы, является одинаковым по всей длине полипептидной цепи. Это означает, что расположение любой из пептидных единиц по отношению к предыдущей является таким же, как расположение последующей единицы относительно рассматриваемой, поэтому такая структура в целом должна иметь определенную регулярность. Простая геометрическая теорема, которую мы здесь не будем рассматривать, показывает, что следствием регулярности локальных изгибов цепочки является образование спиральных структур, наиболее распространенных среди биополимеров.
Спираль, характерная для полипептидной цепи и обладающая высокой степенью стабильности (так называемая a-спираль), впервые предложена Полингом. Особая стабильность а-спирали является следствием образования вторичных связей, известных под названием водородных и имеющих высокую энергию стабилизации, связей между группами NH и СО остова пептидной цепи соседних витков спирали.
Рис. 7. Схема расположения атомов в одном из слоев fi-структуры. Направление следующих друг за другом полимерных цепей попеременно чередуется, они связаны водородными связями, направленными перпендикулярно длине цепочек
Свертывание цепи такого типа — весьма распространенное явление не только для фибриллярных белков, таких, как белки шерсти, волос, мышц и т. д., но и для отдельных участков молекулярной структуры биологически активных белков, таких, как гемоглобин и ферменты.
По-видимому, энергетические расчеты стабильности структуры биополимеров имели наибольший успех при предсказании точных значений Ф и Y для наиболее стабильной кон-формации спирали поли-l-аланина. Они были проведены в нашей лаборатории главным образом в работах доктора Чандрасекарана.
Другой тип регулярной структуры, так называемые b-структуры, встречающиеся, например, в волокнах шелка, растянутых волокнах шерсти и волос, был исследован различными авторами. В этом случае наблюдаемая конформация цепи в шелке и растянутой форме кератина шерсти также очень хорошо согласуется с теоретическими предсказаниями. Этот тип структуры образует основу активного центра целого ряда ферментов.