Химия и биология белков - Ф. Гауровитц 1953

Сложные белки
Липопротеины

Белки могут образовать с липидами растворимые и нерастворимые комплексы. К первому типу принадлежат липопротеины крови и других жидкостей организма животных. Плазма крови, несмотря на то, что она представляет собой прозрачную жидкость, содержит 0,5—0,7% нерастворимых липидов. Значительная часть этих липидов не может быть извлечена из плазмы обычно применяющимся для этой цели эфиром или другими неполярными растворителями. Машбёф рассматривает это как доказательство того, что указанная часть липидов находится в соединении с белками, образуя комплексы, которые он назвал «синапсами» [3]. Эти липопротеиновые комплексы осаждаются при обычном высаливании сернокислым аммонием [4]. Некоторое количество липидов можно обнаружить также во фракциях белков, полученных электрофоретическим путем [5]. Комплексы липопротеинов расщепляются при комнатной температуре этиловым спиртом и ацетоном, причем большая часть липидов, отцепившихся от комплекса после обработки спиртом, может быть извлечена эфиром. Для того чтобы избежать денатурации белков, рекомендуется производить расщепление комплекса липопротеинов спиртом и эфиром при низких температурах [6] или путем повторного замораживания и оттаивания этих комплексов в присутствии эфира [7].

Если экстрагировать сыворотку крови эфиром при —70°, то весь холестерин переходит в экстракт, фосфолипиды же остаются связанными с белками [8]. Подобных же результатов можно добиться, применяя катионные детергенты [9] (см. гл. X).

При фракционировании сыворотки крови человека этиловым спиртом (см. гл. VIII) получаются главным образом два липопротеина: ß₁-липопротеин из фракции III—0 и а₁-липопротеин из фракции IV—1; их количество составляет соответственно 5 и 3% общего количества белков плазмы [10—12]. В состав ß₁-липопротеин а входит около 70% всех липидов плазмы. Он содержит 25% белка, 30% фосфолипидов и 45% холестерина и эфиров холестерина. Молекулярный вес его 1 300 000. а1-Липопрогеин содержит 65% белка и 35% липидов [10—12]. Молекулярный вес его 200 000.

Связи, при помощи которых белок соединен с липидами в комплексе липопротеинов, принадлежат, вероятно, к различным типам. До сих пор не удалось приготовить подобные комплексы путем простого смешения белков с липидами. Эти комплексы, вероятно, образуются в организме в момент формирования макромолекулы белка. Можно представить себе, что липиды при этом проникают между свертывающимися пептидными цепями. Расщепление подобного комплекса может поэтому произойти только после развертывания пептидных цепей. Другая возможность, которую следует принять во внимание, заключается в том, что липиды образуют центр мицеллы и обволакиваются белками [13].

До недавнего времени считалось, что фосфолипиды крови состоят главным образом из лецитинов и кефалинов. Недавно, однако, было установлено, что в состав фосфолипидов крови входит также сфингомиелин [14, 15]. Характер связи фосфолипидов с белками также до сих пор еще окончательно не установлен. Кефалины, в состав которых входит фосфорная кислота и остатки серина, обладают кислыми свойствами и способны образовывать нерастворимые соединения с щелочными протаминами и яичным альбумином [16].

Отношение сальмина к кефалину в нерастворимом комплексе сальмин—кефалин равно приблизительно 3:1. Лецитин и сфингомиелин представляют собой менее кислые соединения, чем кефалины, так как фосфорная кислота в них отчасти нейтрализована аммонийной группой холина. В связи с этим ни протамины, ни другие белки не осаждаются лецитином. Это, однако, не означает, что лецитин и сфингомиелин не могут образовывать электровалентных связей с белками. Такие связи могут возникать между анионом фосфорной кислоты и катионными группами белков или же между четвертичной аммонийной группой холина и кислыми группами белков.

Кроме этих электровалентных связей (солевых мостиков), можно себе представить возникновение связей как между полярными, так и между неполярными группами белков и липидов, входящих в комплекс. Пока, однако, нельзя сказать ничего определенного по вопросу об этих связях в растворимых липопротеинах плазмы крови.

Особую группу составляют липопротеины, входящие в состав клеточных мембран и структурных элементов цитоплазмы (митохондрий и микросом). Самый факт наличия липидов в этих элементах клеток известен уже давно, однако до сих пор мы почти ничего не знаем о характере их связей. В отличие от липидов жировой ткани, липиды, входящие в состав клеточных мембран и структурных элементов цитоплазмы, не окрашиваются ни Суданом, ни шарлаховим алым, ни нильским синим. Поэтому их часто называют «замаскированными липидами». Отсутствие у названных липидов способности соединяться с липофильными красками является веским доказательством в пользу того, что они связаны с белками. Митохондрии клеток печени содержат 15—20% липидов [17]. Субмикроскопические частицы (микросомы), выделенные из печени или поджелудочной железы путем центрифугирования при высоких скоростях, содержат до 40—50% липидов, связанных с нуклеопротеидами [18] (см. также стр. 260).

Некоторые липопротеины являются биологически активными веществами. Так, например, липопротеины животных тканей обладают тромбопластическими свойствами и играют большую роль в свертывании крови (см. гл. VIII). Эндотоксины Shigella и других бактерий также представляют собой липопротеины (см. гл. XV).

Белки могут образовывать соединения и с каротинами1. Окраска ракообразных обусловлена цианином [19], липопротеином, в состав которого входят каротин астакстантин (5,5'-диокси-4,4'-дикето-ß-каротин) [20]. Этот липопротеин извлекается из скорлупы омаров лимонной кислотой [19]. Подобный же липопротеин, ововердин, образует зеленый пигмент яиц омаров. Молекулярный вес этого липопротеина, содержащего на каждую молекулу белка молекулу астаксантина, равен приблизительно 300 000. Изоэлектрическая точка его лежит при pH 6,7 [21]. Пока каротин, входящий в состав этого липопротеина, остается соединенным с белком, он защищен от окисления; при нагревании, однако, белок денатурируется и каротин отщепляется в виде красного пигмента. Липопротеины, содержащие каротины, были найдены также в организме зеленых кузнечиков [22] и содержатся, вероятно, в организме других насекомых.

¹ Относительно связи β-глобулинов сыворотки крови с каротином и витамином А см. примечание на стр. 177. — Прим. ред.

Из числа содержащих каротин липопротеинов наибольший интерес представляет липопротеин, входящий в состав палочек сетчатки, — зрительный пурпур [23, 24]. Этот липопротеин, отсутствующий в колбочках, влияет, как известно, на остроту ночного зрения (Кюне, 1879). Зрительный пурпур может быть извлечен из сетчатки соединениями, содержащими гидрофильные и липофильные группы, например желчью, дигитонином [25] и обратными мылами [26]. Стойкие растворы зрительного пурпура могут быть получены путем экстрагирования 75-процентным водным раствором глицерина [27]. Растворы зрительного пурпура должны приготовляться в темноте, так как они тотчас же обесцвечиваются на свету (при этом сначала розовая окраска раствора переходит в желтую, а затем наступает полное обесцвечивание). Согласно данным Уолда [28], промежуточная желтая окраска обусловлена наличием пигмента ретинена. Этот пигмент, представляющий собой альдегид, может быть получен из витамина А при его окислении перекисью марганца [29]. Молекулярный вес растворенного зрительного пурпура, определенный методом осаждения, равен 240 000 [30]; при определениях же методом диффузии были получены величины порядка 600 000—800 000 [31]. Изоэлектрическая точка этого белка лежит при pH 4,47—4,57 [27].

В состав зрительного пурпура животных входят два различных каротиноида. Зрительный пурпур цыплят, лягушек и морских рыб содержит родопсин, который при освещении переходит в ретинен — производное витамина А]. Сетчатка пресноводных рыб содержит имеющий пурпуровую окраску порфиропсин, который при освещении переходит в ретинен₂ — производное витамина А₂ [24]. Максимумы поглощения родопсина и порфиропсина лежат соответственно при 500 и 522 ту [24].

Палочки содержат 5—10% зрительного пурпура, что приблизительно соответствует содержанию 10⁹ молекул этого белка в одной палочке [27].

Механизм реакций, происходящих при освещении, еще до конца не выяснен. По данным Уолда [24, 28], при освещении происходит распад зрительного пурпура на белок и ретинен. Восстановление зрительного пурпура представляет собой аэробный процесс, причем поглощение кислорода сетчаткой в темноте выше, чем на свету [32]. Ряд авторов [26, 33] считает, что фотореакция сопровождается денатурацией белка. Это подтверждается тем обстоятельством, что сухой зрительный пурпур обладает наибольшей стойкостью. Красный остаток, получающийся при высушивании зрительного пурпура в вакууме над хлористым кальцием, достаточно стоек по отношению к действию дневного света [34].

Первый продукт, образующийся при освещении каротиноидного компонента зрительного пурпура, получил название переходного оранжевого. Он стоек при температуре около 0°, при комнатной же температуре он превращается в индикаторный желтый, который в щелочном растворе теряет свою окраску [35] Индикаторный желтый представляет собой сложный белок, в котором альдегидная группа ретинена соединена, вероятно, с какой-либо аминогруппой белкового компонента [36]. При фотолизе сухого зрительного пурпура витамин А не образуется [34, 37]. При обработке бензином или хлороформом зрительный пурпур не изменяется, при обработке же этиловым или метиловым спиртом он мгновенно превращается в желтое вещество. Поскольку ретинен имеет желтый цвет, а витамин А бесцветен, ни первый, ни второй не могут рассматриваться как простетическая группа зрительного пурпура; таким образом, мы до сих пор ничего не можем сказать о строении вещества, обусловливающего интенсивную окраску и светочувствительность зрительного пурпура.

Окраска каротинов обусловлена главным образом длиной их цепи и числом двойных связей в этой цепи. Весьма вероятно, что две или более молекулы ретинена соединяются между собой, образуя окрашенное в красный цвет производное каротина, которое и входит в состав зрительного пурпура [28, 36]. В отличие от палочек, колбочки сетчатки содержат пигменты, обусловливающие дневное зрение. Эти пигменты также являются каротиноидами, возможно, соединенными с белками [19].