Лайнус Полинг – величайший химик XX столетия
Информация - Литература
Другие материалы по предмету Литература
»о валентности для ионных кристаллов, ввел понятие дефектной структуры. Весь этот материал был обстоятельно изложен и дополнен новыми структурными данными во втором издании книги Полинга, вышедшем в 1940 г. и в переводе на русский язык в 1947 г.
II мировая война задержала распространение идей Полинга, и все же к середине века они стали широко известны, впрочем, с опозданием, поскольку к этому времени с превеликим рвением он уже занимался совершенно иными проблемами. Интуиция подсказывала ему, что наиболее значительные успехи в химии XX века будут связаны с молекулярной биологией и молекулярной медициной (эти термины появились позже), что именно в этой области найдет наиболее эффективное применение рентгеновская кристаллография. Поэтому, не теряя интереса к квантовой химии, которую он продолжал курировать до конца своей жизни, Полинг с удивительной смелостью и энтузиазмом берется за биохимию.
С середины 30-х годов и вплоть до 1951 г. главным объектом исследований Полинга становятся белки. В 1934 г. он впервые попытался (совместно с А.Е.Мирски) сделать некоторые заключения о структуре белков на основании изучения их биохимических функций, затем исследовал (совместно с Ч.Д.Корвеллом) влияние оксигенирования на магнитные свойства гемоглобина, в 1936 г. развернул работы по рентгенографическому изучению аминокислот и белков в Калифорнийском технологическом институте. Именно тогда были определены (Р.Б.Кори и др.) кристаллические структуры простейших аминокислот, но до полного изучения строения белков было еще далеко.
Наиболее успешными оказались исследования в области иммунологии. В 1940 г. Полинг показал, что антигены могут играть роль матриц, на которых соответствующим образом укладываются полипептидные цепи. Это приводит к образованию специфических антител вместо обычных белков-глобулинов. Таким образом получила объяснение инструктивная функция антигена, обеспечивающая беспредельное разнообразие синтезируемых организмом антител. Идея комплементарности (взаимной структурной дополнительности) антигена и антитела обсуждалась в совместной работе Полинга и Дельбрука, выдающегося вирусолога и генетика, впоследствии, как и Полинг, ставшего Нобелевским лауреатом.
В 1949 г. Полинг начал работу по изучению серповидноклеточной анемии. Название этой наследственной болезни, приводящей к смерти, связано с тем, что эритроциты больного приобретают форму серпа, теряя при этом способность переносить кислород. Проявив незаурядную интуицию, Полинг предположил, что причина недуга кроется в нарушении аминокислотной последовательности в полипептидной цепи гемоглобина белка, осуществляющего транспорт кислорода в организме. Спустя три года Полингу удалось с помощью электрофореза разделить нормальный и дефектный гемоглобин и доказать, что в структуре последнего имеется опечатка: один из аминокислотных остатков (остаток глутаминовой кислоты) заменен другим (остатком валина). Впоследствии было установлено, что в молекуле гемоглобина человека и высших животных в строго определенной последовательности соединены 574 аминокислотных остатка. И вот, как обнаружил Полинг, замена лишь одного из них приводит к тяжкой болезни. В настоящее время известно более 50 разновидностей аномальных гемоглобинов, вызывающих различные патологические состояния.
1951 год был ознаменован важным событием: вышла в свет статья Полинга и Кори о структуре белков, подводящая итоги многолетних исследований. Используя данные рентгеноструктурых исследований аминокислот (значения характерных межатомных расстояний и валентных углов, величины ван-дер-ваальсовых радиусов), Полинг и Кори провели конформационный анализ полипептидной цепи, представляющей собой основу структуры всякой белковой молекулы, и показали, что:
1) цепь состоит из относительно жестких плоских пептидных единиц CONH (возникающих при спаривании аминокислотных остатков), и соединяющих их шарниров CHR, причем способ соединения двух последовательных единиц можно охарактеризовать углами ??и ?; угол ? это поворот данного звена цепи вокруг ковалентной связи CC, а угол ? поворот вокруг следующей за ней связи CN :
2) для описания пространственного строения (конформации) основной цепи полипептида достаточно знать ??и ??для каждого аминокислотного остатка;
3) имеются два наиболее выгодных способа соединения пептидных единиц (им свойственны определенные значения углов ??и??); периодическое повторение первого типа сочленения приводит к образованию ??спирали, второго к вытянутой ??структуре, причем параллельно расположенные???цепи, соединяясь водородными связями, образуют ??слой; в стабилизации ??спирали также принимают участие водородные связи: группа CO n-ого аминокислотного остатка связана с группой NH (n+3)-его остатка.
Тогда же Полинг ввел в научный обиход четыре уровня описания строения молекулы белка: первичная структура последовательность аминокислотных остатков, вторичная структура наличие и соотношение характерных фрагментов (таких как ??спираль и ??структура), третичная структура точная картина пространственного расположения атомов (или хотя бы аминокислотных остатков), задаваемая их пространственными координатами, четвертичная структура наличие субъединиц (подглобул, из которых формируется молекула белка-глобулина). Эти понятия, сформулированные до того, как появились первые данные полного рентгеноструктурного анализа белков, вскоре получили экспериментальное подтверждение (структ