Разделение белков и их изучение началось за много десятилетий до того, как были установлены полипептидная природа этих молекул и другие детали их устройства. Поэтому названия вновь открываемых белковых веществ складывались произвольно, по усмотрению первых исследователей: амилаза, пепсин, трипсин, катала- за, бычий альбумин, овальбумин (альбумин куриного яйца), глобулин, миозин и т.д.
Отсутствие номенклатурной системы в ^обозначении белков сохраняется до сих пор, несмотря на колоссальные успехи и изобилие возможностей в изучении строения этих макромолекул. По-прежнему учитываются обычно лишь источник получения выделенного белка и свойство, по которому он обнаружен; иногда принимают во внимание самые яркие структурные особенности. Поэтому очень часто возникают разные названия для одного и того же белка, и все они аккуратно перечисляются в справочной литературе (правда, обычно отмечается наиболее предпочтительное). Бывают и попытки переименования. Так, лет 40 тому назад была обнаружена способность сыворотки крови подавлять ферментативную активность очищенного трипсина. Действующим началом оказался белок из фракции агглобулинов. Поэтому новому ингибитору дали название аг антитрипсин. Позднее было установлено, что он угнетает активность и многих других проте- олитических ферментов, но особенно эффективен в отношении эластазы нейтрофилов. Концентрации, в которых он присутствует в крови, достаточны для инактивации именно эластазы, но не других протеиназ. Поэтому некоторое время его называли антиэластазой. Поскольку такое название сильно сужало действительный спектр эффектов этого белка, его стали именовать агпротеиназным ингибитором. Однако и этот термин не стал общепринятым, ибо данный ингибитор отнюдь не универсален, а угнетает только протеииазы трипсиноподобного действия. В итоге предпочтительным осталось исходное наименование - а!-антитрипсин.
Трудности в создании рациональной системы обозначения (номенклатуры) различных белков имеют объективную основу. Они обусловлены громадным разнообразием их строения. С одной стороны, все белки - это полипептиды, обладающие абсолютно одинаковым строением ковалентного стержня молекулы. С другой стороны, необозримые вариации соотношения и порядка чередования боковых аминокислотных радикалов К делают практически невозможной систематизацию по этому признаку. Тем более, что небольшие различия в аминокислотной последовательности зачастую почти не сказываются на пространственной организации макромолекулы, но могут вызвать нарушение ее функционирования.
Все это затрудняет не только разработку общих правил наименования белков, но и создание научно обоснованной классификации белковых молекул. Тем не менее, усилия в этом направлении продолжаются. Нацелены они на поиск структурных особенностей, которые помогли бы объективно подразделять белки на определенные группы или классы.
В поисках таких «знаковых» примет было установлено, что нередко часть полипептидной цепи (насчитывающая обычно от 50 до 150 аминокислот) состоит из нескольких коротких участков а-спирали и/или р-складок, формирующих компактное образование глобулярного характера. Плотность упаковки обеспечивается изгибами нерегулярных отрезков цепи (перемычек). Существует немного устойчивых типов таких образований (модулей), которые повторяются, с некоторыми вариациями, в самых разных белках. Для обозначения такого обособленного элемента структуры используют термин домен (в буквальном переводе - некая область, участок). Он представляет собой типовую укладку жестких элементов (спирализо- ванных и/или складчатых), соединенных короткими перемычками нерегулярного характера. Иными словами, это уже не вторичная структура, но еще не третичная (поскольку охватывает только часть молекулы). Поэтому домены относят к числу вариантов так называемой надвторичной структуры.
Вообще-то, домен - это термин, который и исходно не отличался однозначностью. Со временем он стал еще менее определенным, более «размытым», в том числе из-за употребления в иных смысловых значениях, понятных только в контексте. В частности, многие белки содержат коллагеноподобный домен. Он не складывается в компактную глобулу, но и на коллагеновую а-цепь похож довольно отдаленно - главным образом, изобилием радикалов глицина и пролина. Поэтому его иногда называют не доменом, а коллагеноподобным регионом. Примером может служить фермент ацетилхолинъстераза, в которой коллагеноподобный фрагмент «привязывает» каталитические субъединицы к базальной мембране синапсов. Со временем термин «связывающий домен» стали применять даже в тех случаях, когда структурные основы избирательности связывания еще не ясны. Так возникли названия гепарин-связываюи^цй домен, фибрин- связывающий и т.д.
Одинаковые домены могут встречаться в пределах одной полипептидной цепи, будучи разделенными достаточно длинными участками нерегулярной структуры. Такие белки называют мультидоменными. Нередко в белке имеются разные домены (модули); это находит отражение в терминах «модульное строение белка» и «мозаичный белок».
Существует и другой подход к систематизации белков. Он основан на выявлении общности их происхождения в ходе развития живой материи.
Семейство - это группа родственных белков, появившихся в результате эволюции общего прародительского гена. Нередко эволюционное расхождение достигает такой степени, что возникает серия обособившихся семейств, составляющих суперсемейство.
Хорошим примером является суперсемейство глобинов. Оно объединяет большую группу гем-содержащих белков, которые обеспечивают связывание и/или транспорт 02. Часть из них свойственна животным (например, гемоглобины и миоглобины позвоночных), тогда как другие встречаются только в растениях или у бактерий.
Другой пример - суперсемейство лектипов. Так называют белки, имеющие центр связывания строго определенных углеводных компонентов, в том числе - ковалентно включенных в другие белки (например, в рецепторы). Открытые поначалу в семенах бобовых, лектины оказались широко распространенными и в растениях, и в животном мире. По характеру центра распознавания и связывания углеводов выделяют 2 главные группы: семейство лектинов С-типа и семейство лектинов S-типа. Последние называют еще галектинами - из-за высокой избирательности к р-галактозидным структурам. Их углевод-связывающий центр обязательно содержит гекеапептидную последовательность ...-трп-гли-арг-глу-глу-арг-..., в которой аргинин в третьей позиции нередко заменен на серии, глутамат или пролин, а в шестой - на лизин или аспарагин. Недавно установлено, что один из галектинов (LEG8) специфичен для раковой опухоли предстательной железы (увеличения его в сыворотке не наблюдается при доброкачественной гиперплазии).
Несмотря на общее свойство лектинов - высокое сродство к определенным углеводам - конкретные функции у индивидуальных белков этого суперсемейства очень различны. Многие из них выполняют роль клеточных рецепторов, иные участвуют в обеспечении процессов экзоцитоза или фагоцитоза. Встречаются и такие, которые обладают ферментативной активностью (в частности, протеолитичеекой). Уникальную группу составляют аквапорины. Эти лектины формируют в клеточной мембране особые каналы, избирательно пропускающие воду (по градиенту осмотического давления). В таком белке сочетаются внеклеточные, трансмембранные и цитоплазматические домены (поэтому аквапорины нередко относят к семейству трансмембранных белков).
Исследование структурно-функционал ь- ных признаков сходства и различия белковых молекул пока еще не привело к созданию четких и ясных основ классификации белков. Однако оно показало неубедительность систематизации их по биологическим функциям (белки ферментные, регуляторные, транспортные, защитные, токсические, рецепторные и т.д.), поскольку такое деление совсем не совпадает с распределением белков по семействам или по специфике их доменов. Например, некоторые белки осуществляют ферментативную детоксикацию опасных продуктов, тогда как другие защитные белки не только не являются ферментами, но и сильно различаются между собой по строению и механизмам действия. И самое важное: многие белки можно назвать мультифункциональными, т.е., имеющими не единственное предназначение. Так, амилаза слюны не очень-то и нужна в своем качестве фермента (гидролизующего крахмал), но играет важную роль в неспецифическом связывании микроорганизмов, а также в формировании защитной пленки на зубной поверхности.
Вследствие описанных сложностей, до настоящего времени находит применение довольно несовершенная систематизация белков, возникшая век тому назад. В соответствии с нею все белки подразделяют на простые (построенные только из аминокислот) и сложные (содержащие еще и другие компоненты). Первые группируют на основе их физико-химических свойств (иногда — с указанием на локализацию в клетке или организме). Сложные белки различают по строению небелкового компонента.