Возможно, что самая главная задача в проблеме биосинтеза белка состоит в том, чтобы установить, как определяется последовательность аминокислот и каким образом в результате образования поперечных связей и свертывания пептидных цепей возникают биологически специфичные белки?
Кажется весьма вероятным, что многие из этих процессов связаны с РНК, поскольку это единственное вещество в цитоплазме, имеющее какое-то структурное (а возможно, и метаболическое) отношение к ДНК ядра, в котором, по всей вероятности, заключена большая часть информации или даже вся информация, определяющая специфическую конфигурацию молекул белка. В самом деле, за последнее время многие исследователи получили убедительные данные о наличии в цитоплазме растворимой, не связанной с микросомами фракции РНК, которая необычайно активно включает меченые аминокислоты и, возможно, играет роль промежуточной транспортирующей системы между активированными аминокислотами и рибонуклеопротеидами эндоплазматической сети.
Если предположить, что РНК служит своего рода «матрицей» для построения белка, то возникает следующий вопрос: существует ли для каждого клеточного белка особая рибонуклеопротеидная «матрица» или же имеется какой-то общий шаблон, позволяющий использовать общую информацию для синтеза молекул белка многих различных типов? Имеющиеся в настоящее время данные о повторяющихся картинах в биосинтезе белка весьма немногочисленны, однако они настолько интересны, что заслуживают серьезного внимания. Несколько групп исследователей приложили немало труда, чтобы собрать имеющиеся данные о последовательности расположения аминокислотных остатков в белках (в общем о 400—500 остатках) и провести грубый статистический анализ для обнаружения «повторений» в последовательности расположения. Однако до сих пор не удавалось выявить никаких определенных закономерностей, хотя установлено, что некоторые сочетания аминокислот встречаются необычайно часто. Например, последовательность остатков сер-арг была обнаружена в рибонуклеазе, химотрипсине, лизоциме, сальмине (дважды) и фосфорилазе (причем это утверждение основано лишь на поверхностном просмотре литературы о строении белка). Во всех изученных фосфопротеидах обнаружены последовательности, содержащие фосфосерин и очень сходные по своему строению.
Ниже перечислены некоторые из таких образцов, полученные из белков, не имеющих между собой явных связей, если не считать того, что все это белки, содержащиеся в различных секретах; в каждом случае за остатком фосфосерина следует (или же предшествует ему) дикарбоновая аминокислота.
Еще более удивительное сходство наблюдается в последовательности аминокислот, связанных с «активным центром» ряда ферментов. Было обнаружено, что многие ферменты чувствительны к реактивам, типичным представителем которых может служить диизопропилфторфосфат (ДФФ). Эти реактивы, по-видимому, инактивируют ферменты, реагируя со специфическими гидроксильными группами серина и давая производное О-диизопропилфосфата (ДИФ-белок). После частичного гидролиза ДИФ-белков можно выделить кислотные фосфопептиды и охарактеризовать их. В отношении реакции на ДФФ были исследованы очень подробно четыре фермента: трипсин, химотрипсин, фосфоглюкомутаза и тромбин. Было обнаружено, что последовательность аминокислот вблизи меченого остатка серина, возможно, идентична во всех четырех случаях. Хотя твердо установить полную последовательность удалось лишь для двух белков, однако на основе предварительных данных почти наверное можно сказать, что во всех четырех случаях имеется последовательность глу-асп-серф-гли-глу-ала, в которой фосфатная группа получена от фосфорилирующего реактива, (за исключением фосфоглюкомутазы, которая сама содержит фосфат). Наличие идентичной последовательности аминокислот в этих четырех белках, причем именно в той части молекулы, которой приписывается каталитическая функция, едва ли можно объяснить случайным совпадением.
Другой пример сходства в последовательности аминокислотных остатков был найден при изучении гормонов гипофиза. Формулы адренокортикотропного гормона (АКТГ) и двух форм меланоцитстимулирующего гормона (МСГ) из ткани гипофиза свиньи. Вещество, известное под названием β-МСГ, содержит 7 остатков в последовательности, идентичной последовательности 4—10 остатков в АКТГ. Еще более поразительный пример идентичной последовательности представляет собой α-МСГ, строение которого совпадает с первыми тринадцатью аминокислотными остатками АКТГ, отличаясь от них только одной лишней С-концевой амидной группой и N-концевым ацильным радикалом. Сходство этих двух структур тем более интересно, что АКТГ синтезируется задней долей гипофиза, тогда как МСГ, по-видимому, вырабатывается промежуточной долей.
Определение последовательности аминокислотных остатков в белках и полипептидах находится пока еще на ранней стадии, и, к сожалению, у нас слишком мало данных для проведения соответствующего статистического анализа. Несмотря на это, имеющиеся в нашем распоряжении результаты дают возможность высказать заманчивую мысль, что «матрицы», ответственные за биосинтез пептидных цепей, содержат общие наборы «инструкций», которые соответствуют повторяющимся тонким химическим структурам в генетическом материале ядра. Или же различные общие пептиды, являющиеся промежуточными продуктами и имеющие подходящее строение для выполнения специфических функций, используются в процессе «сборки» различных типов белков. Эти гипотезы кажутся привлекательными с точки зрения теория эволюции, утверждающей общее происхождение всех живых существ, как ныне живущих, так и вымерших, и процесс постепенного изменения разновидностей и их свойств в результате изменений генотипов, имеющихся в данный момент. Согласно этому положению, «примитивные» химические структуры, обладающие общими ферментативными или гормональными функциями, изменяясь в процессе эволюции, давали начало семействам более специализированных молекул.