I løpet av de siste femten årene har vi angrepet problemet med strukturen av proteiner på flere måter. En av disse måtene er fullstendig og nøyaktig bestemmelse av krystallstrukturen av aminosyrer, peptider og andre enkle stoffer relatert til proteiner, slik at informasjon om interatomiske avstander, bindingsvinkler og andre konfigurasjonsparametere kan oppnås som ville tillate pålitelig prediksjon av rimelige konfigurasjoner for polypeptidkjeden. Vi har nå brukt denne informasjonen til å konstruere to rimelige hydrogenbundne spiralformede konfigurasjoner for polypeptidkjeden; vi tror at det er sannsynlig at disse konfigurasjonene utgjør en viktig del av strukturen av både fibrøse og globulære proteiner, samt av syntetiske polypeptider. Et brev som annonserte oppdagelsen ble publisert i fjor.1
problemet vi har satt oss er å finne alle hydrogenbundne strukturer for en enkelt polypeptidkjede, hvor resterne er ekvivalente (unntatt forskjellene I sidekjeden R). En aminosyrerest (annet enn glycin) har ingen symmetrielementer. Den generelle operasjonen av konvertering av en rest av en enkelt kjede til en andre rest tilsvarende den første er følgelig en rotasjon om en akse ledsaget av oversettelse langs aksen. Derfor er de eneste konfigurasjonene for en kjede som er kompatibel med vårt postulat av ekvivalens av rester, spiralformede konfigurasjoner. For rotasjonsvinkel 180° kan de spiralformede konfigurasjonene degenerere til en enkel kjede med alle hovedatomer, C, C’ (karbonylkarbonet), N og O, i samme plan.Vi antar at på grunn av resonansen av dobbeltbindingen mellom karbon-oksygen og karbon-nitrogenposisjonene, er konfigurasjonen av hver rest 
plan. Denne strukturelle funksjonen er verifisert for hver av amidene som vi har studert. Videre er resonansteorien nå så godt jordet og dens eksperimentelle underbygging så omfattende at det ikke kan være tvil om dens anvendelse på amidgruppen. Den observerte C – n avstand, 1.32 Hryvnias, tilsvarer nesten 50 prosent dobbeltbindings karakter, og vi kan konkludere med at rotasjon med så mye som 10° fra den plane konfigurasjonen vil resultere i ustabilitet med om lag 1 kcal. muldvarp-1. De interatomiske avstandene og bindingsvinklene i residuet antas å ha verdiene vist i figur 1. Disse verdiene er formulert2 ved å ta hensyn til de eksperimentelle verdiene som finnes i krystallstrukturstudiene av dl-alanin, 3 l-treonin, 4 n-acetylglycin5 og β-glykylglycin6 som er gjort i Våre Laboratorier. Det antas videre at hvert nitrogenatom danner en hydrogenbinding med et oksygenatom av en annen rest, med nitrogen-oksygenavstanden lik 2,72 Å, og at vektoren fra nitrogenatomet til det hydrogenbundne oksygenatomet ikke ligger mer enn 30° fra Nh-retningen. Energien Til En N-H * * * 
hydrogenbinding er i størrelsesorden 8 kcal. mole-1, og så stor ustabilitet ville skyldes manglende evne til å danne disse bindingene at vi kan være sikre på deres tilstedeværelse. N-H * * * o avstanden kan ikke forventes å være nøyaktig 2.72 Å, men kan avvike noe fra denne verdien.
Dimensjoner av polypeptidkjeden.Løsning av dette problemet viser at det er fem og bare fem konfigurasjoner for kjeden som tilfredsstiller andre forhold enn retningen av hydrogenbindingen i forhold til Nh—retningen. Disse tilsvarer verdiene 165°, 120°, 108°, 97.2° og 70.1° for rotasjonsvinkelen. I den første, tredje og femte av disse strukturene Er 
– gruppen negativt og 
– gruppen positivt rettet langs spiralaksen, tatt som retningen som svarer til sekvensen—CHR—CO—NH—CHR-av atomer i peptidkjeden, og i de andre to er deres retninger reversert. De tre første av strukturene er utilfredsstillende, ved at Nh—gruppen ikke strekker seg i retning av oksygenatomet ved 2.72 Å; den fjerde og femte er tilfredsstillende, vinkelen mellom N—h—vektoren og N-O-vektoren er henholdsvis 10° og 25° for disse to strukturene. Den fjerde strukturen har 3,69 aminosyrerester per sving i helixen, og den femte strukturen har 5,13 rester per sving. I den fjerde strukturen er hver amidgruppe hydrogenbundet til den tredje amidgruppen utover den langs helixen, og i den femte strukturen er hver bundet til den femte amidgruppen utover den; vi skal kalle disse strukturene enten 3,7-reststrukturen og 5.1-reststruktur, henholdsvis, eller den tredje amidhydrogenbundne strukturen og den femte amidhydrogenbundne strukturen.
Tegninger av de to strukturene er vist i figur 2, 3, 4 og 5.
helixen med 3,7 rester per sving.
helixen med 5,1 rester per sving.
Plan av 3,7-rest helix.
Plan av 5.1-rest helix.
for glysin både 3,7-rest helix og 5.1-rest helix kan oppstå med enten en positiv eller en negativ rotasjons oversettelse; det vil si som enten en positiv eller en negativ helix, i forhold til den positive retningen av spiralaksen gitt av sekvensen av atomer i peptidkjeden. For andre aminosyrer med l-konfigurasjonen vil imidlertid den positive helixen og den negative helixen variere i sidekjedenes posisjon, og det kan godt forventes at i hvert tilfelle vil en følelse av helixen være stabilere enn den andre. En vilkårlig tildeling Av r-gruppene er gjort i figurene.
oversettelsen langs spiralaksen i 3.7-residue helix er 1.47 Å, og at i 5.1-residue helix er 0.99 Å. Verdiene for en komplett sving er henholdsvis 5.44 Å og 5.03 Å. Disse verdiene beregnes for hydrogenbindingsavstanden 2,72 Å; de må økes med noen få prosent, dersom en større hydrogenbindingsavstand (2,80, si) var til stede.
stabiliteten til våre spiralformede strukturer i en ikke-krystallinsk fase avhenger utelukkende av interaksjoner mellom tilstøtende rester, og krever ikke at antall rester per sving er et forhold på små heltall. Verdien 3,69 rester per sving, for den tredje-amid hydrogenbundne helixen, er nærmest tilnærmet med 48 rester i tretten svinger (3,693 rester per sving), og verdien 5,13 for den andre helixen er nærmest tilnærmet med 41 rester i åtte svinger. Det kan forventes at antall rester per sving vil bli påvirket noe av endring i hydrogenbindingsavstanden, og at samspillet mellom spiralformede molekyler med nærliggende lignende molekyler i en krystall vil forårsake små momenter i helixene, deformere dem litt i konfigurasjoner med et rasjonelt antall rester per sving. For tredje-amid hydrogen-bundet helix de enkleste strukturer av denne typen som vi ville forutsi er 11-rester, 3-sving helix (3.67 rester per tur), 15-rester, 4-sving helix (3.75), og 18-rester, 5-sving helix (3.60). Vi har funnet noen bevis som indikerer at den første og tredje av disse små varianter av denne helixen finnes i krystallinske polypeptider.
disse spiralformede strukturer har ikke tidligere blitt beskrevet. I tillegg til den utvidede polypeptidkjedekonfigurasjonen, som i nesten tretti år har blitt antatt å være tilstede i strukket hår og andre proteiner med den β-keratinstrukturen, har konfigurasjoner for polypeptidkjeden blitt foreslått Av Astbury og Bell,7 og spesielt Av Huggins8 og av Bragg, Kendrew og Perutz.9 Huggins diskuterte en rekke strukturer som involverte intramolekylære hydrogenbindinger, Og Bragg, Kendrew og Perutz utvidet diskusjonen til å inkludere ytterligere strukturer, og undersøkte strukturenes kompatibilitet med røntgendiffraksjonsdata for hemoglobin og myoglobin. Ingen av disse forfatterne foreslo enten vår 3.7-rest helix eller vår 5.1-rest helix. På den annen side ville vi eliminere, ved våre grunnleggende postulater, alle strukturer foreslått av dem. Årsaken til forskjellen i resultater oppnådd av andre etterforskere og av oss gjennom i hovedsak lignende argumenter er at Både Bragg og hans samarbeidspartnere og Huggins diskuterte i detalj bare spiralformede strukturer med et integrert antall rester per sving, og dessuten antok bare en grov tilnærming til kravene om interatomiske avstander, bindingsvinkler og planaritet av den konjugerte amidgruppen, som gitt av våre undersøkelser av enklere stoffer. Vi hevder at disse stereokjemiske egenskapene må holdes svært tett i stabile konfigurasjoner av polypeptidkjeder i proteiner, og at det ikke er noen spesiell stabilitet forbundet med et integrert antall rester per sving i spiralformet molekyl. Bragg, Kendrew og Perutz har beskrevet en struktur topologisk lik vår 3,7-rest helix som en hydrogenbundet helix med 4 rester per sving. I sin grundige sammenligning av deres modeller Med Patterson-projeksjoner for hemoglobin og myoglobin eliminerte de denne strukturen, og trakk den forsiktige konklusjonen at bevisene favoriserer Den ikke-spiralformede 3-restfoldede α-keratinkonfigurasjonen Av Astbury og Bell, hvor bare en tredjedel av karbonyl-og aminogruppene er involvert i intramolekylær hydrogenbindingsdannelse.
det er vår oppfatning at strukturen til α-keratin, α-myosin og lignende fibrøse proteiner er nært representert av vår 3.7-rest helix, og at denne helixen også utgjør en viktig strukturell funksjon i hemoglobin, myoglobin og andre globulære proteiner, samt syntetiske polypeptider. Vi tror at 5.1-residue helix kan være representert i naturen av super-kontrahert keratin og supercontracted myosin. Bevisene som fører oss til disse konklusjonene vil bli presentert i senere papirer.Vårt arbeid har blitt støttet av tilskudd Fra Rockefeller Foundation, National Foundation For Infantile Paralysis, Og Us Public Health Service. Mange beregninger ble utført Av Dr. S. Weinbaum.
Sammendrag
To hydrogenbundne spiralformede strukturer for en polypeptidkjede er funnet Der rester er stereokjemisk ekvivalente, de interatomiske avstandene og bindingsvinklene har verdier funnet i aminosyrer, peptider og andre enkle stoffer relatert til proteiner, og det konjugerte amidsystemet er plan. I en struktur, med 3,7 rester per sving, er hver karbonyl-og iminogruppe festet med en hydrogenbinding til den komplementære gruppen i den tredje amidgruppen fjernet fra den i polypeptidkjeden, og i den andre strukturen, med 5.1 rester per sving, hver er bundet til den femte amidgruppen.
Fotnoter
-
↵ † innskudd Nr.1538.