cyklol

Ryc. 1: W klasycznej reakcji cyklolowej dwie grupy peptydowe są połączone wiązaniem NC', przekształcając tlen karbonylowy w grupę hydroksylową. Chociaż ta reakcja zachodzi w kilku cyklicznych peptydach, jest niekorzystna dla energii swobodnej , głównie dlatego, że eliminuje stabilizację rezonansową wiązania peptydowego . Ta reakcja była podstawą cyklolowego modelu białek Dorothy Wrinch .

Hipoteza cyklolu jest obecnie zdyskredytowanym pierwszym modelem strukturalnym złożonego , kulistego białka , sformułowanym w latach trzydziestych XX wieku . Opierała się ona na cyklolowej reakcji wiązań peptydowych zaproponowanej przez fizyka Fredericka Franka w 1936 r., w której dwie grupy peptydowe są chemicznie usieciowane. Te wiązania poprzeczne są kowalencyjnymi analogami niekowalencyjnych wiązań wodorowych między grupami peptydów i były obserwowane w rzadkich przypadkach, takich jak ergopeptydy .

Opierając się na tej reakcji, matematyk Dorothy Wrinch postawiła hipotezę w serii pięciu artykułów z późnych lat trzydziestych XX wieku, model strukturalny białek kulistych. Postulowała, że ​​w pewnych warunkach aminokwasy spontanicznie utworzą maksymalną możliwą liczbę wiązań poprzecznych cyklolu, w wyniku czego powstaną cząsteczki cyklolu i tkaniny cyklolu . Zasugerowała ponadto, że białka globularne mają trzeciorzędową strukturę odpowiadającą platońskim bryłom i półregularnym wielościanom utworzonym z tkanin cyklolowych bez wolnych krawędzi. W przeciwieństwie do samej reakcji cyklolu, te hipotetyczne cząsteczki, tkaniny i wielościany nie zostały zaobserwowane eksperymentalnie. Model ma kilka konsekwencji, które czynią go energetycznie niewiarygodnym, takich jak starcia steryczne między łańcuchami bocznymi białek. W odpowiedzi na taką krytykę JD Bernal zaproponował, że interakcje hydrofobowe są głównie odpowiedzialne za fałdowanie białek , co rzeczywiście zostało potwierdzone.

Kontekst historyczny

  W połowie lat trzydziestych XX wieku analityczne badania ultrawirowania przeprowadzone przez Theodora Svedberga wykazały, że białka mają dobrze zdefiniowaną strukturę chemiczną i nie są skupiskami małych cząsteczek. Te same badania wykazały, że masa cząsteczkowa białek dzieli się na kilka dobrze zdefiniowanych klas powiązanych liczbami całkowitymi, takimi jak Mw = 2 p 3 q Da , gdzie p i q są nieujemnymi liczbami całkowitymi. Trudno było jednak określić dokładną masę cząsteczkową i liczbę aminokwasów w białku. Svedberg wykazał również, że zmiana warunków roztworu może spowodować rozpad białka na małe podjednostki, co jest obecnie znane jako zmiana struktury czwartorzędowej .

Struktura chemiczna białek była wówczas nadal przedmiotem dyskusji . Najbardziej akceptowaną (i ostatecznie poprawną) hipotezą było to, że białka są liniowymi polipeptydami , tj. nierozgałęzionymi polimerami aminokwasów połączonych wiązaniami peptydowymi . Jednak typowe białko jest niezwykle długie — setki reszt aminokwasowych — i kilku wybitnych naukowców nie było pewnych, czy tak długie, liniowe makrocząsteczki mogą być stabilne w roztworze. Dalsze wątpliwości co do polipeptydowej natury białek powstały, ponieważ zaobserwowano, że niektóre enzymy rozszczepiają białka, ale nie peptydy, podczas gdy inne enzymy rozszczepiają peptydy, ale nie sfałdowane białka. Próby syntezy białek w probówce zakończyły się niepowodzeniem, głównie ze względu na chiralność aminokwasów; naturalnie występujące białka składają się tylko z lewoskrętnych aminokwasów. Dlatego rozważono alternatywne modele chemiczne białek, takie jak hipoteza diketopiperazyny Emila Abderhaldena . Jednak żaden alternatywny model nie wyjaśnił jeszcze, dlaczego białka w wyniku hydrolizy i proteolizy dają tylko aminokwasy i peptydy. Jak wyjaśnił Linderstrøm-Lang , te dane dotyczące proteolizy wykazały, że zdenaturowane białka były polipeptydami, ale nie uzyskano jeszcze żadnych danych na temat struktury pofałdowanych białek; zatem denaturacja może obejmować zmianę chemiczną, która przekształca złożone białka w polipeptydy.

Proces denaturacji białek (w odróżnieniu od koagulacji ) został odkryty w 1910 roku przez Harriette Chick i Charlesa Martina , ale jego natura była nadal tajemnicza. Tim Anson i Alfred Mirsky wykazali, że denaturacja jest odwracalnym, dwustanowym procesem , w wyniku którego wiele grup chemicznych staje się dostępnych dla reakcji chemicznych, w tym rozszczepiania przez enzymy. W 1929 roku Hsien Wu słusznie postawił hipotezę, że denaturacja odpowiada rozwinięciu białka, czysto konformacyjnej zmianie, która spowodowała ekspozycję łańcuchów bocznych aminokwasów na działanie rozpuszczalnika. Hipoteza Wu została również wysunięta niezależnie w 1936 roku przez Mirsky'ego i Linusa Paulinga . Niemniej jednak naukowcy zajmujący się białkami nie mogli wykluczyć możliwości, że denaturacja odpowiada chemicznej zmianie struktury białka, co było hipotezą, którą uważano za (odległą) możliwość aż do lat pięćdziesiątych XX wieku.

Krystalografia rentgenowska rozpoczęła się jako dyscyplina dopiero w 1911 roku i stosunkowo szybko rozwinęła się od prostych kryształów soli do kryształów złożonych cząsteczek, takich jak cholesterol . Jednak nawet najmniejsze białka mają ponad 1000 atomów, co znacznie utrudnia określenie ich struktury. W 1934 roku Dorothy Crowfoot Hodgkin zebrała dane krystalograficzne dotyczące struktury małego białka, insuliny , chociaż struktura tego i innych białek została rozwiązana dopiero pod koniec lat sześćdziesiątych. Jednak pionierskie dotyczące dyfrakcji rentgenowskiej włókien zostały zebrane na początku lat trzydziestych XX wieku dla wielu naturalnych białek włóknistych , takich jak wełna i włosy, przez Williama Astbury'ego , który zasugerował, że „globularne białka ogólnie mogą być sfałdowane z elementów zasadniczo takich jak elementy białek włóknistych ”.

Ponieważ struktura białek była tak słabo poznana w latach trzydziestych XX wieku, fizyczne interakcje odpowiedzialne za stabilizację tej struktury były również nieznane. Astbury postawił hipotezę, że struktura białek włóknistych jest stabilizowana przez wiązania wodorowe w β-arkuszach. Pomysł, że białka kuliste są również stabilizowane wiązaniami wodorowymi, został zaproponowany przez Dorothy Jordan Lloyd w 1932 r., A później bronili go Alfred Mirsky i Linus Pauling . Na wykładzie Astbury'ego dla Oxford Junior Scientific Society w 1933 r. Fizyk Frederick Frank zasugerował, że włókniste białko α-keratyna może być stabilizowane przez alternatywny mechanizm, a mianowicie kowalencyjne sieciowanie wiązań peptydowych w powyższej reakcji cyklolowej. Sieciowanie cyklolowe zbliża do siebie dwie grupy peptydów; atomy N i C są oddalone od siebie o ~1,5 Å , podczas gdy w typowym wiązaniu wodorowym dzieli je odległość ~3 Å . Pomysł zaintrygował JD Bernala , który zasugerował go matematykowi Dorothy Wrinch jako potencjalnie przydatny w zrozumieniu struktury białek. [ potrzebne źródło ]

Podstawowa teoria

Rysunek 2: Cząsteczka cyklolu-6 alaniny zaproponowana przez Dorothy Wrinch jest cyklicznym heksapeptydem, w którym trzy grupy peptydowe są połączone w wyniku reakcji cyklolowych w centralny pierścień. Trzy zewnętrzne (nieskondensowane) grupy peptydowe nie są płaskie, ale mają kąt dwuścienny ω=60°. Trzy czerwone atomy w środkowym pierścieniu reprezentują grupy hydroksylowe utworzone w reakcjach cyklolowych, podczas gdy trzy zewnętrzne atomy czerwone reprezentują atomy tlenu grup karbonylowych. Wewnętrzne atomy tlenu są od siebie oddalone zaledwie o 2,45 Å , co jest wartością bardzo zbliżoną nawet w przypadku atomów związanych wiązaniami wodorowymi . Ta hipotetyczna cząsteczka nie została zaobserwowana w naturze.

Wrinch rozwinął tę sugestię w pełnoprawny model struktury białka . Podstawowy model cyklolu został przedstawiony w jej pierwszym artykule (1936). Zauważyła możliwość, że polipeptydy mogą cyklizować, tworząc zamknięte pierścienie ( prawda ), i że pierścienie te mogą tworzyć wewnętrzne wiązania poprzeczne w reakcji cyklolowej (również prawda, choć rzadko). Zakładając, że cyklolowa forma wiązania peptydowego może być bardziej stabilna niż forma amidowa, Wrinch doszedł do wniosku, że pewne cykliczne peptydy w naturalny sposób tworzą maksymalną liczbę wiązań cyklolowych (takie jak cyklol 6 , ryc. 2). Takie cząsteczki cyklolu miałyby symetrię heksagonalną, gdyby przyjąć, że wiązania chemiczne mają tę samą długość, około 1,5 Å ; dla porównania wiązania NC i CC mają odpowiednio długości 1,42 Å i 1,54 Å.

Pierścienie te można rozciągać w nieskończoność, tworząc tkaninę cyklolową (ryc. 3). Takie tkaniny wykazują dalekosiężny, quasi-krystaliczny porządek, który według Wrincha prawdopodobnie występował w białkach, ponieważ muszą gęsto upakować setki pozostałości. Inną interesującą cechą takich cząsteczek i tkanin jest to, że ich aminokwasów są skierowane osiowo w górę tylko z jednej strony; przeciwna ściana nie ma łańcuchów bocznych. Zatem jedna strona jest całkowicie niezależna od pierwotnej sekwencji peptydu, co, jak przypuszcza Wrinch, może odpowiadać za niezależne od sekwencji właściwości białek.

W swoim pierwszym artykule Wrinch wyraźnie stwierdziła, że ​​model cyklolu był jedynie hipotezą roboczą , potencjalnie poprawnym modelem białek, który należałoby sprawdzić. Jej celem w tym artykule i jego następcach było zaproponowanie dobrze zdefiniowanego testowalnego modelu, wypracowanie konsekwencji jego założeń i dokonanie przewidywań, które można by przetestować eksperymentalnie. W tych celach odniosła sukces; jednak w ciągu kilku lat eksperymenty i dalsze modelowanie wykazały, że hipoteza cyklolu była nie do utrzymania jako model dla białek kulistych.

Energie stabilizujące

Rysunek 3: Sztyftowy model tkaniny z cyklolu alaninowego zaproponowany przez Dorothy Wrinch . Tkanina cyklolowa jest koncepcyjnie podobna do arkusza beta , ale jest bardziej jednolita i gęstsza po bokach. Tkanina ma duże „luki” ułożone w sześciokątny wzór, w którym trzy atomy C β (pokazane na zielono) i trzy atomy H α (pokazane na biało) zbiegają się w (względnie) pustym miejscu w tkaninie. Dwie strony tkaniny nie są równoważne; wszystkie atomy C β wyłaniają się z tej samej strony, która jest tutaj stroną „górną”. Czerwone atomy reprezentują grupy hydroksylowe (nie grupy karbonylowe) i wyłaniają się (w zestawach po trzy) z obu stron tkaniny; niebieskie atomy reprezentują azot. Tej hipotetycznej struktury nie zaobserwowano w naturze.

W dwóch tandemowych listach do wydawcy (1936) Wrinch i Frank odnieśli się do pytania, czy cyklolowa forma grupy peptydowej jest rzeczywiście bardziej stabilna niż forma amidowa. Stosunkowo proste obliczenie wykazało, że forma cyklolu jest znacznie mniej stabilna niż forma amidu. Dlatego model cyklolu musiałby zostać porzucony, chyba że udałoby się zidentyfikować kompensujące źródło energii. Początkowo Frank zaproponował, że forma cyklolu może być stabilizowana przez lepsze interakcje z otaczającym rozpuszczalnikiem; później Wrinch i Irving Langmuir postawili hipotezę, że hydrofobowe połączenie niepolarnych łańcuchów bocznych zapewnia energię stabilizującą, aby przezwyciężyć koszt energetyczny reakcji cyklolu.

Labilność wiązania cyklolowego była postrzegana jako zaleta modelu, ponieważ dostarczała naturalnego wyjaśnienia właściwości denaturacji ; powrót wiązań cyklolowych do ich bardziej stabilnej postaci amidowej otworzyłby strukturę i pozwoliłby na zaatakowanie tych wiązań przez proteazy , zgodnie z eksperymentem. Wczesne badania wykazały, że białka denaturowane przez ciśnienie są często w innym stanie niż te same białka denaturowane przez wysoką temperaturę , co zinterpretowano jako prawdopodobnie wspierające cyklolowy model denaturacji.

Hipoteza Langmuira-Wrincha o stabilizacji hydrofobowej przyczyniła się do upadku modelu cyklolu, głównie dzięki wpływowi Linusa Paulinga , który opowiadał się za hipotezą, że struktura białka jest stabilizowana przez wiązania wodorowe . Musiało upłynąć kolejnych dwadzieścia lat, zanim interakcje hydrofobowe uznano za główną siłę napędową fałdowania białek.

Komplementarność steryczna

W swojej trzeciej pracy na temat cykloli (1936) Wrinch zauważyła, że ​​wiele „fizjologicznie aktywnych” substancji, takich jak steroidy , składa się ze skondensowanych sześciokątnych pierścieni atomów węgla, a zatem może być sterycznie komplementarna do powierzchni cząsteczek cyklolu bez aminokwasu łańcuchy boczne. Wrinch zaproponował, że komplementarność steryczna jest jednym z głównych czynników decydujących o tym, czy mała cząsteczka zwiąże się z białkiem. [ potrzebne źródło ]

Wrinch spekulował, że białka są odpowiedzialne za syntezę wszystkich cząsteczek biologicznych. Zauważając, że komórki trawią swoje białka tylko w ekstremalnych warunkach głodu, Wrinch dalej spekulował, że życie nie mogłoby istnieć bez białek. [ potrzebne źródło ]

Modele hybrydowe

Reakcję cyklolową od początku uważano za kowalencyjny analog wiązania wodorowego . Dlatego naturalne było rozważenie modeli hybrydowych z obydwoma rodzajami wiązań. Był to temat czwartego artykułu Wrincha na temat modelu cyklolu (1936), napisanego wspólnie z Dorothy Jordan Lloyd , która jako pierwsza zaproponowała, że ​​białka globularne są stabilizowane wiązaniami wodorowymi. W 1937 roku napisano kolejny artykuł, w którym odniesiono się do innych badaczy zajmujących się wiązaniami wodorowymi w białkach, takich jak Maurice Loyal Huggins i Linus Pauling .

Wrinch napisał również artykuł z Williamem Astburym , zwracając uwagę na możliwość izomeryzacji keto-enolu >CαHα i amidowej grupy karbonylowej >C=O, z wytworzeniem sieciowania >Cα - C (OH α )< i ponownie przekształcenie tlenu w grupę hydroksylową. Takie reakcje mogą dać pierścienie pięcioczłonowe, podczas gdy klasyczna hipoteza cyklolu daje pierścienie sześcioczłonowe. Ta hipoteza sieciowania keto-enolowego nie była dalej rozwijana.

Tkaniny zamykające przestrzeń

Ryc. 4: Sztyftowy model struktury białka cyklolu C1 zaproponowany przez Dorothy Wrinch . Cząsteczka jest ściętym czworościanem złożonym z czterech płaskich tkanin cyklolowych, z których każda otacza jedną lukę (48 reszt) i jest połączona parami czterema resztami wzdłuż każdej krawędzi (dwie reszty w każdym rogu). Zatem ta cząsteczka ma łącznie 72 reszty aminokwasowe . Jest tu oglądany „twarzą do przodu”, tj. patrząc w lukę jednej tkaniny cyklolowej. Wszystkie łańcuchy boczne (wzięte tutaj jako alanina) skierowane są do wnętrza tej „przypominającej klatkę” struktury. Tej hipotetycznej struktury nie zaobserwowano w naturze.

W swoim piątym artykule na temat cykloli (1937) Wrinch określiła warunki, w których można połączyć dwie płaskie tkaniny cyklolowe, tworząc kąt między ich płaszczyznami, przestrzegając kątów wiązań chemicznych. Zidentyfikowała matematyczne uproszczenie, w którym niepłaskie sześcioczłonowe pierścienie atomów można przedstawić za pomocą płaskich „środkowych sześciokątów” utworzonych z punktów środkowych wiązań chemicznych. Ta reprezentacja „środkowego sześciokąta” ułatwiła zobaczenie, że płaszczyzny tkaniny cyklolowej można prawidłowo połączyć, jeśli kąt dwuścienny między płaszczyznami jest równy czworościennemu kątowi wiązania δ = arccos (-1/3) ≈ 109,47 °. [ potrzebne źródło ]

Można zbudować wiele różnych zamkniętych wielościanów spełniających to kryterium, z których najprostsze to czworościan ścięty , ośmiościan ścięty i ośmiościan , które są bryłami platońskimi lub wielościanami półregularnymi . Biorąc pod Cn uwagę pierwszą serię „cykloli zamkniętych” (modelowanych na podstawie ściętego czworościanu), Wrinch wykazał, że ich liczba aminokwasów wzrosła kwadratowo do 72 n 2 , gdzie n jest indeksem zamkniętego cyklolu . Tak więc C1 i ma 72 reszty, cyklol C2 których ma 288 reszt itd. Wstępne eksperymentalne wsparcie dla tej prognozy pochodziło od Maxa Bergmanna Carla Niemanna , analizy aminokwasów sugerowały, że białka składają się z całkowitych wielokrotności 288 aminokwasów -reszty kwasowe ( n = 2). Mówiąc bardziej ogólnie, cyklolowy model białek kulistych uwzględniał wczesne analityczne wyniki ultrawirowania Theodora Svedberga , które sugerowały, że masy cząsteczkowe białek dzielą się na kilka klas powiązanych liczbami całkowitymi.

Model cyklolu był zgodny z ogólnymi właściwościami przypisywanymi następnie zwiniętym białkom. (1) Badania wirowania wykazały, że sfałdowane białka były znacznie gęstsze niż woda (~1,4 g / ml ), a zatem były ciasno upakowane; Wrinch założył, że gęste upakowanie powinno implikować regularne upakowanie. (2) Pomimo swoich dużych rozmiarów, niektóre białka łatwo krystalizują w symetryczne kryształy, co jest zgodne z ideą symetrycznych twarzy, które pasują do siebie podczas asocjacji. (3) Białka wiążą jony metali; ponieważ miejsca wiązania metali muszą mieć specyficzną geometrię wiązań (np. oktaedryczną), można było założyć, że całe białko również miało podobną geometrię krystaliczną. (4) Jak opisano powyżej, model cyklolu dostarczył prostego chemicznego wyjaśnienia denaturacji i trudności w rozszczepianiu pofałdowanych białek za pomocą proteaz. (5) Przyjęto, że białka są odpowiedzialne za syntezę wszystkich cząsteczek biologicznych, w tym innych białek. Wrinch zauważył, że ustalona, ​​jednolita struktura byłaby przydatna dla białek w szablonowaniu ich własnej syntezy, analogicznie do Watsona - Francisa Cricka dotyczącej DNA szablonującego własną replikację. Biorąc pod uwagę, że wiele cząsteczek biologicznych, takich jak cukry i sterole , ma strukturę heksagonalną, można było założyć, że ich syntetyzujące białka również miały strukturę heksagonalną. Wrinch podsumowała swój model i wspierające dane eksperymentalne dotyczące masy cząsteczkowej w trzech artykułach przeglądowych.

Przewidywane struktury białek

Zaproponowawszy model białek kulistych, Wrinch zbadał, czy jest on zgodny z dostępnymi danymi strukturalnymi. Postawiła hipotezę, że bydlęce białko tuberkulinowe (523) było C1 pepsyna C2 składającym się z 72 reszt, a enzym trawienny był zamkniętym cyklolem zawierającym 288 reszt. Te przewidywania liczby pozostałości były trudne do zweryfikowania, ponieważ dostępne wówczas metody pomiaru masy białek były niedokładne, takie jak analityczne ultrawirowanie i metody chemiczne. [ potrzebne źródło ]

Wrinch przewidział również, że C2 insulina jest zamkniętym cyklolem składającym się z 288 reszt. Dostępne były ograniczone dane krystalograficzne rentgenowskie dotyczące insuliny, które Wrinch zinterpretowała jako „potwierdzające” jej model. Jednak ta interpretacja spotkała się z dość ostrą krytyką za przedwczesne. Dokładne badania diagramów insuliny Pattersona sporządzonych przez Dorothy Crowfoot Hodgkin wykazały, że były one z grubsza zgodne z modelem cyklolu; jednak porozumienie nie było wystarczająco dobre, aby twierdzić, że model cyklolu został potwierdzony.

Niewiarygodność modelu

Ryc. 5: Schemat wypełniania przestrzeni tkaniny alaninowo-cyklolowej, widziany od strony, z której nie wyłania się żaden atom C β . Ta figura pokazuje potrójną symetrię tkaniny, a także jej niezwykłą gęstość; na przykład w „lukach” - gdzie zbiegają się trzy atomy C β (pokazane na zielono) i trzy atomy H α (pokazane jako białe trójkąty) - atomy węgla i atomy wodoru są oddzielone tylko o 1,68 Å . Większe zielone kule reprezentują Cβ ; atomy Cα na ogół nie są widoczne, z wyjątkiem małych trójkątów obok niebieskich atomów azotu . Tak jak poprzednio, czerwone atomy reprezentują grupy hydroksylowe, a nie karbonylowe atomy tlenu.

Wykazano, że tkanina cyklolowa jest niewiarygodna z kilku powodów. Hans Neurath i Henry Bull wykazali, że gęste upakowanie łańcuchów bocznych w tkaninie cyklolowej było niezgodne z eksperymentalną gęstością obserwowaną w filmach białkowych. Maurice Huggins obliczył, że kilka niezwiązanych atomów tkaniny cyklolowej zbliżyłoby się bliżej, niż pozwala na to ich promień van der Waalsa ; na przykład wewnętrzne atomy H α i C α luk byłyby oddzielone tylko o 1,68 Å (ryc. 5). Haurowitz wykazał chemicznie, że zewnętrzna część białek nie może mieć dużej liczby grup hydroksylowych, co jest kluczowym przewidywaniem modelu cyklolu, podczas gdy Meyer i Hohenemser wykazali, że cyklolowe kondensacje aminokwasów nie istnieją nawet w niewielkich ilościach jako stan przejściowy. Bardziej ogólne chemiczne argumenty przeciwko modelowi cyklolu podali Bergmann i Niemann oraz Neuberger . Dane spektroskopowe w podczerwieni wykazały, że liczba grup karbonylowych w białku nie zmieniła się po hydrolizie i że nienaruszone, sfałdowane białka mają pełny zestaw amidowych grup karbonylowych; obie obserwacje zaprzeczają hipotezie cyklolu, że takie karbonylki są przekształcane w grupy hydroksylowe w sfałdowanych białkach. Wreszcie wiadomo było, że białka zawierają prolinę w znacznych ilościach (zwykle 5%); ponieważ prolinie brakuje wodoru amidowego, a jej azot tworzy już trzy wiązania kowalencyjne, wydaje się, że prolina nie jest zdolna do reakcji cyklolu i do wbudowania w tkaninę cyklolową. Encyklopedyczne podsumowanie chemicznych i strukturalnych dowodów przeciwko modelowi cyklolu zostało podane przez Paulinga i Niemanna. Co więcej, potwierdzający dowód - wynik, że wszystkie białka zawierają całkowitą wielokrotność 288 aminokwasowych - również okazał się błędny w 1939 roku.

Wrinch odpowiedział na krytykę modelu cyklolu dotyczącą zderzeń sterycznych, energii swobodnej, chemikaliów i liczby pozostałości. W przypadku zderzeń sterycznych zauważyła, że ​​niewielkie odkształcenia kątów wiązań i długości wiązań pozwoliłyby na złagodzenie tych starć sterycznych lub przynajmniej zredukowanie ich do rozsądnego poziomu. Zauważyła, że ​​odległości między niezwiązanymi grupami w pojedynczej cząsteczce mogą być krótsze niż można by oczekiwać na podstawie ich promieni van der Waalsa , np. odległość 2,93 Å między grupami metylowymi w heksametylobenzenie. Jeśli chodzi o karę za energię swobodną dla reakcji cyklolu, Wrinch nie zgodził się z obliczeniami Paulinga i stwierdził, że zbyt mało wiadomo o energiach wewnątrzcząsteczkowych, aby wykluczyć model cyklolu tylko na tej podstawie. W odpowiedzi na krytykę chemiczną Wrinch zasugerował, że badane związki modelowe i proste reakcje dwucząsteczkowe nie muszą odnosić się do modelu cyklolu, a zawada przestrzenna mogła uniemożliwić reakcję powierzchniowych grup hydroksylowych. Jeśli chodzi o krytykę liczby reszt, Wrinch rozszerzyła swój model, aby uwzględnić inne liczby reszt. W szczególności wytworzyła „minimalny” zamknięty cyklol zawierający tylko 48 reszt i na tej (błędnej) podstawie mogła jako pierwsza zasugerować, że monomer insuliny ma masę cząsteczkową około 6000 Da .

Dlatego utrzymywała, że ​​cyklolowy model białek globularnych jest nadal potencjalnie żywotny, a nawet zaproponowała tkaninę cyklolową jako składnik cytoszkieletu . Jednak większość naukowców zajmujących się białkami przestała w to wierzyć, a Wrinch zwróciła swoją naukową uwagę na problemy matematyczne w krystalografii rentgenowskiej , do których znacząco się przyczyniła. Jedynym wyjątkiem była fizyk Gladys Anslow , koleżanka Wrincha ze Smith College , która badała widma absorpcji białek i peptydów w ultrafiolecie w latach czterdziestych XX wieku i uwzględniła możliwość cykloli w interpretacji jej wyników. Kiedy Frederick Sanger zaczął określać sekwencję insuliny , Anslow opublikował trójwymiarowy model cyklolu z łańcuchami bocznymi, oparty na szkielecie modelu „minimalnego cyklolu” Wrincha z 1948 roku.

Częściowe odkupienie

Rycina 6: Typowa cząsteczka azacyklolu (czerwona) w szybkiej równowadze z jej makrocykliczną postacią bislaktamu (niebieska). Grupy amidowe postaci bislaktamu są usieciowane w postaci cyklolu; te dwa tautomery mają podobną stabilność, co daje stałą równowagi ~ 1. Jednak forma otwarta (czarna) jest niestabilna i nie obserwowana.

Upadek całego modelu cyklolu generalnie doprowadził do odrzucenia jego elementów; jednym godnym uwagi wyjątkiem była krótkotrwała akceptacja przez JD Bernala hipotezy Langmuira-Wrincha, że ​​fałdowanie białek jest napędzane przez asocjację hydrofobową. Niemniej jednak wiązania cyklolowe zidentyfikowano w małych, naturalnie występujących cyklicznych peptydach w latach pięćdziesiątych XX wieku. [ potrzebne źródło ]

Wyjaśnienie współczesnej terminologii jest właściwe. Klasyczna reakcja cyklolowa polega na dodaniu aminy NH z grupy peptydowej do grupy karbonylowej C=O innej grupy; powstały związek nazywa się teraz azacyklolem . Analogicznie, oksacyklol powstaje, gdy grupa hydroksylowa OH jest dodana do grupy peptydylokarbonylowej. Podobnie, tiacyklol tworzy się przez dodanie ugrupowania tiolowego SH do grupy peptydylokarbonylowej.

Pierwszym zidentyfikowanym cyklolem był alkaloid oksacyklolowy ergotamina z grzyba Claviceps purpurea . Cykliczny depsipeptyd serratamolid jest również tworzony w reakcji oksacyklolu. Otrzymano również chemicznie analogiczne cykliczne tiacyklole. Klasyczne azacyklole zaobserwowano w małych cząsteczkach i tripeptydach. Peptydy są naturalnie wytwarzane z rewersji azacyloli, kluczowej prognozy modelu cyklolu. Zidentyfikowano już setki cząsteczek cyklolu, pomimo obliczeń Linusa Paulinga, że ​​takie cząsteczki nie powinny istnieć z powodu ich niekorzystnie wysokiej energii .

Po długiej przerwie, podczas której pracowała głównie nad matematyką krystalografii rentgenowskiej , Wrinch zareagowała na te odkrycia z odnowionym entuzjazmem dla modelu cyklolu i jego znaczenia w biochemii. Opublikowała również dwie książki opisujące teorię cyklolu i ogólnie małe peptydy.

Dalsza lektura

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Cyclol&oldid=1144293541 ”