-ганглионарные нервные волокна; мелатонин — гормон эпифиза; мексамин — радиопротектор. б — преобразование гистидина в гистамин — биологически активный амин, обладающий гормональным действием и медиаториыми функциями.

На рис. 2 представлены примеры таких превращений триптофана и гистидина.

Триптофан является незаменимой аминокислотой и в природе синтезируется микроорганизмами. Суточная потребность человека в триптофане составляет 250 мг, а недостаток триптофана переносится тяжелее, чем голод. Собственно триптофан обладает широким спектром физиологической активности и положительно влияет на липидный обмен и

26

на синтез белков в печени. В малых дозах триптофан обнаруживает гипогликемический эффект, но при больших дозах этот эффект меняется на противоположный. Например, диабетогенное действие триптофана наблюдалось на крысах при скармливании дозы 2.5 г на 1 кг массы тела, что в 700 раз выше нормы суточного потребления (Рудзит, 1981). В дальнейшем мы увидим, что несколько пептидных гормонов желудочно-кишечного тракта (ЖКТ), стимулирующих выделение инсулина, содержат триптофан в своих активных детерминантах (Приложение, табл. II). Можно предполагать, что свободный триптофан в сверхвысоких дозах выступает конкурентом (антагонистом) этих гормонов и ингибирует специфические рецепторы на поверхности клеток, секретирующих инсулин.

Гистидин также является незаменимой аминокислотой. Его регуляторные функции определяются химическими свойствами боковой группы — имидазола. В частности, эта группа участвует в окислительно-восстановительных реакциях и способна устанавливать координационные связи с переходными металлами. В свободном состоянии гистидин содержится в тканях в очень низкой концентрации. В то же время он входит в каталитические (активные) центры многих ферментов (рибонуклеаза, химотрипсин, конвертаза) и регуляторных пептидов (карнозин, гистатин, нейрокинины) благодаря донорно-акцепторным свойствам своей имидазоль-ной группы. Декарбоксилирование гистидина приводит к образованию гистамина — медиатора, который регулирует сосудистое давление, проницаемость капилляров и аллергические реакции. Как медиатор гистамин имеет три вида клеточных рецепторов, в том числе в клетках головного мозга.

Иначе говоря, диапазон регуляторных функций аминокислот и их производных обеспечивается их физико-химической полифункциональностью и участием в обратимых биохимических реакциях.

Как уже указывалось, аминокислоты в водной среде являются биполярными ионами, и образование между ними пептидной связи в водных растворах оказывается термодинамически невыгодным процессом. Синтез пептидов традиционно проводят в органических растворителях после предварительной защиты тех групп, которые не участвуют в образовании пептидной связи. В зависимости от длины и компонентного состава полипептида выбирается оптимальная стратегия его синтеза: жидкофазный, твердофазный или рекомбинантный (Andersson et al., 2000).

27

Образование пептидной связи может быть представлено следующей схемой:

В полученном дипептиде свободная электронная пара азота сопряжена с двойной связью карбонильной группы, так что связь С—N отчасти сдвоена и вращение вокруг нее затруднено. Пептидная связь имеет постоянный дипольный момент D. Боковые группы Rj и R2 определяют комбинацию физико-химических свойств, присущих исходным индивидуальным аминокислотам. Как известно, при всех превращениях, если не происходит разрыва связи у асимметричного атома, конфигурация молекулы сохраняется. Поэтому при образовании пептидной связи сохраняются основные свойства исходных аминокислот: 1) оптическая активность, обусловленная хиральностью строения аминокислотных остатков; 2) способность участвовать в межмолекулярных водородных связях.

Однако при объединении аминокислот в молекулу пептида для каждой частной аминокислотной последовательности складывается индивидуальное соотношение гидрофильности и гидрофобности боковых групп пептида (Alberts et al., 1994).

Пространственное распределение разноименных электрических зарядов и дипольный момент пептидной связи, равный 3.5 Д, определяют постоянный дипольный момент и высокую поляризуемость пептида. Благодаря этим приобретенным свойствам дипептиды имеют более широкий спектр энергетических состояний, чем индивидуальные аминокислоты, что, однако, компенсируется уменьшением пространственных степеней свободы системы. Каждая из простых молекул имеет в растворе 6 степеней свободы движения: 3 вращательные и 3 поступательные. Две не взаимодействующие друг с другом аминокислоты имеют 12 степеней свободы; при их объединении в один дипептид число степеней свободы уменьшается до 6. С точки зрения статистической термодинамики, это равнозначно увеличению порядка в системе и соответствующему уменьшению энтропии.

28

Следует отдельно остановиться на принципиально новом качестве, которое приобретают аминокислоты, объединяясь в полипептидную цепь. Это качество — комплементарность подвижных коиформации.

Общее понятие комплементарности (дополнительности) относится к категориям ранних натурфилософских представлений. В эпоху развития алхимии сформировались два описательных представления: «подобное к подобному» и «противоположности сближаются». Первое опиралось на опыт разделения и очистки веществ, второе — на опыт химических превращений, при которых элементы с противоположными качествами взаимодействуют и дополняют друг друга. На современном уровне представлений о строении веществ принцип «подобное к подобному» воплотился в теорию гидрофильно-гидрофобных взаимодействий, а комплементарность иллюстрируется как притяжение положительных и отрицательных зарядов (в электростатике), как совмещение выпукло-вогнутых поверхностей, как взаимное соответствие элементов объекта и его зеркального отражения (матричная комплементарность ранней полиграфии). Во всех этих примерах «противоположности» рассматриваются как неизменные объекты.

Биологические макромолекулы, в частности пептиды, сохраняют комплементарность межмолекулярных взаимодействий в достаточно широком диапазоне коиформации. Эта их способность лежит в основе каталитической активности ферментов, и модель комплементарного взаимодействия «ключ—замок» была впервые использована на заре энзимологии. Позднее эта же модель использовалась при обсуждении специфичности связывания антигена с антителом и селективности взаимодействия рецептора с лигандом.

При исследовании нуклеиновых кислот была впервые использована модель матричной комплементарности нуклеотидных пар. С ее помощью было доказано, что эти макромолекулы управляют точным копированием собственной структуры, так как исходная макромолекула является матрицей для образования следующей.

Принцип матричной комплементарности очень прост и элегантен. Он состоит в том, что каждый элемент упорядоченной молекулярной конструкции (электростатический заряд, протон-донорная или гидрофобная группа) в том же порядке копируется на другую макромолекулу, элементы которой комплементарны элементам первой молекулы.

29

При ближайшем рас