사이클론

Cyclol
그림 1: 고전적인 사이클론 반응에서 두 개의 펩타이드 그룹은 N-C의 결합에 의해 연결되어 카보닐 산소를 히드록실 그룹으로 변환한다.이러한 반응은 몇 개의 순환 펩타이드에서 발생하지만, 주로 펩타이드 결합의 공명 안정화를 제거하기 때문에 자유 에너지에 의해 선호되지 않는다.이 반응은 도로시 브린치의 사이클론 단백질 모델의 기초였다.

사이클론 가설은 접힌 구상 단백질의 첫 번째 구조 모델이다.[1]1930년대 후반 도로시 브린치에 의해 개발되었으며, 세 가지 가정을 바탕으로 개발되었다.첫째로, 가설은 두 펩타이드 그룹이 사이클 반응에 의해 상호 연관될 수 있다고 가정한다(그림 1); 이러한 교차 연결은 펩타이드 그룹들 사이의 비공용 수소 결합의 공밸런스 아날로그다.이러한 반응은 에고펩타이드와 다른 화합물에서 관찰되었다.둘째로, 어떤 조건에서는 아미노산이 자연적으로 가능한 최대의 사이클론 크로스링크를 만들어 그 결과 사이클론 분자(그림 2)와 사이클론 원단(그림 3)이 생긴다고 가정한다.이러한 사이클론 분자와 직물은 지금까지 한번도 관찰된 적이 없다.마지막으로, 이 가설은 구상 단백질이 플라토닉 고형분에 해당하는 3차 구조와 자유 가장자리가 없는 사이클론 직물로 형성된 반정형 다면체를 가지고 있다고 가정한다.그러한 "폐쇄 사이클론" 분자도 관찰되지 않았다.

이후 데이터는 구상 단백질 구조에 대한 이 원래 모델을 수정할 필요가 있다는 것을 증명했지만, 사이클론 반응 자체와 소수성 상호작용은 주로 단백질 접기를 담당한다는 가설과 같이 사이클론 모델의 몇 가지 요소가 검증되었다.사이클론 가설은 많은 과학자들에게 단백질 구조와 화학에 관한 질문을 연구하도록 자극했고, DNA 이중나선 구조와 단백질 이차 구조에 대해 가설을 세운 보다 정확한 모델의 선구자였다.또한 사이클론 모델의 제안과 시험은 과학적 방법의 일부로서 작용하는 경험적 변위성에 대한 훌륭한 예시를 제공한다.

역사적 맥락

1930년대 중반까지 테오도르 스베드베르크에 의한 분석적 초밀접화 연구는 단백질이 잘 정의된 화학적 구조를 가지고 있으며, 작은 분자의 집합이 아니라는 것을 보여주었다.[2]같은 연구에서는 단백질의 분자량이 Mw = 23pq Da와 [3]같은 정수에 의해 관련되는 몇 가지 잘 정의된 등급으로 떨어진 것으로 나타났는데,[4] 여기서 p와 q는 음이 아닌 정수다.그러나 단백질의 분자량과 아미노산의 수를 정확히 파악하기는 어려웠다.Svedberg는 또한 용액 조건의 변화로 인해 단백질이 작은 서브유닛으로 분해될 수 있다는 것을 보여주었는데, 현재는 쿼터너리 구조의 변화로 알려져 있다.[5]

단백질의 화학적 구조는 당시에도 여전히 논의되고 있었다.[6]가장 많이 받아들여진 가설은 단백질은 선형 폴리펩타이드, 즉 펩타이드 결합에 의해 연결된 아미노산의 미분쇄 폴리머라는 것이었다.[7][8]그러나 전형적인 단백질은 놀라울 정도로 길다. 수백 개의 아미노산 잔류물들이 있다. 그리고 몇몇 저명한 과학자들은 이렇게 길고 선형적인 고분자가 용액에서 안정적일 수 있을지 확신하지 못했다.[9][10]단백질의 폴리펩타이드 성질에 대한 더 많은 의심은 어떤 효소는 단백질을 분해하지만 펩타이드는 분해하지 않는 반면, 다른 효소는 단백질은 분해하지 않는 것으로 관찰되었기 때문이다.[11]주로 아미노산의 치라성 때문에 시험관에서 단백질을 합성하려는 시도는 성공하지 못했다; 자연적으로 발생하는 단백질은 왼손잡이 아미노산으로만 구성되어 있다.따라서 에밀 압데르할덴의 디케토피페라진 가설과 같은 단백질의 대체 화학적 모델이 고려되었다.[12][13]그러나, 어떤 대안 모델도 왜 단백질이 가수 분해와 단백질 분해에 의해 아미노산과 펩타이드만을 생산하는지 아직 설명하지 못했다.린더스트뢰름-랑에 의해 명확하게 밝혀진 바와 같이,[14] 이러한 단백질 분해 데이터는 변성 단백질이 폴리펩타이드라는 것을 보여주었지만, 접힌 단백질의 구조에 대한 데이터는 아직 얻어지지 않았다. 따라서 변성은 접힌 단백질을 폴리펩타이드로 변환하는 화학적 변화를 수반할 수 있다.

단백질 변성 과정(응고법과 구별되는 것)은 1910년 해리엇 칙과 찰스 마틴에 의해 발견되었지만,[15] 그 성질은 여전히 신비로운 것이었다.Tim Anson과 Alfred Mirsky는 변성이 되돌릴 수 있는 두 개의 상태 과정이라는[16] 것을 보여주었고, 이로 인해 많은 화학 그룹들이 효소에 의한 갈라짐을 포함하여 화학 반응에 이용 가능하게 되었다.[17]1929년, Hsien Wu는 변성이 단백질이 펼쳐지는 것과 일치한다는 가설을 바르게 세웠는데, 이는 순수하게 순응적인 변화로 아미노산 사이드 체인이 용제에 노출되는 결과를 낳았다.[18]우의 가설도 1936년 미르스키와 리너스 폴링에 의해 독자적으로 진전되었다.[19]그럼에도 불구하고, 단백질 과학자들은 변성이 1950년대까지 (정확한) 가능성으로 여겨졌던 [17]가설인 단백질 구조의 화학적 변화에 상응할 가능성을 배제할 수 없었다.[20][21]

엑스레이 결정학은 1911년 규율로서 막 시작되었고, 단순한 소금 결정에서 콜레스테롤과 같은 복잡한 분자의 결정으로 비교적 빠르게 발전했다.[22]그러나, 가장 작은 단백질도 1000개가 넘는 원자를 가지고 있어, 이것은 그들의 구조를 결정하는 것을 훨씬 더 복잡하게 만든다.[22]도로시 크로우풋 호지킨은 1960년대 후반까지 작은 단백질인 인슐린의 구조에 대한 결정학적 자료를 가져갔지만, 인슐린과 다른 단백질의 구조는 해결되지 않았다.[23]그러나, 선구적인 X선 섬유 회절 데이터는 1930년대 초에 알파 나선과 베타 시트와 같은 이차 구조 원소의 기초적인 모델을 제안한 윌리엄 애스트베리에 의해 양모, 머리카락과 같은 많은 천연 섬유 단백질에 대해 수집되었다.[citation needed]

1930년대에 단백질 구조가 너무 잘 이해되지 않았기 때문에, 그 구조를 안정시키는 데 책임이 있는 물리적 상호작용도 마찬가지로 알려져 있지 않았다.아스트베리는 β-시트의 수소 결합에 의해 섬유 단백질 구조가 안정화되었다는 가설을 세웠다.[24][25]구상 단백질도 수소 결합에 의해 안정된다는 생각은 1932년 도로시 조던 로이드에[26][27] 의해 제안되었고, 이후 알프레드 미르스키와 리너스 폴링이 옹호했다.[19]1933년 옥스퍼드 주니어 과학회에서 행한 아스트베리의 강연에서 물리학자인 프레드릭 프랭크는 섬유 단백질 α-케라틴이 위의 사이클론 반응에 의한 펩타이드 결합의 공밸런스 교차연결에 의해 안정화될 수 있다고 제안했다.[28]사이클론 크로스링크는 두 펩타이드 그룹을 가깝게 끌어당긴다. N 원자와 C 원자는 ~ 1.5 å로 분리되는 반면, 일반적인 수소 결합에서는 ~ 3 å로 분리된다.그 생각은 J. D.의 흥미를 끌었다. 수학자인 도로시 브린치에게 단백질 구조를 이해하는 데 유용하다고 제안한 베르날.[citation needed]

기본 이론

그림 2: 도로시 브린치에 의해 제안된 알라닌 사이클론-6 분자는 사이클론 반응에 의해 세 개의 펩타이드 그룹이 중앙 링으로 융합되는 순환 육각화물이다.세 개의 외부(불용) 펩타이드 그룹은 평면이 아니라 다이헤드각 Ω=60°중앙 링에 있는 세 개의 붉은 원자는 사이클론 반응에 의해 형성된 히드록실 그룹을 나타내는 반면, 세 개의 바깥쪽 붉은 원자는 카보닐 그룹의 옥시겐을 나타낸다.내부 산소 원자는 2.45 å에 불과해 수소 본드돔에서도 극히 가깝다.이 가상의 분자는 자연에서 관찰되지 않았다.

Wrinch는 이 제안을 단백질 구조의 본격적인 모델로 개발했다.기본적인 사이클론 모델은 그녀의 첫 번째 논문(1936년)에 제시되었다.[29]그녀는 폴리펩타이드들이 사이클링하여 닫힌 고리(참)를 형성할 수 있고, 이러한 고리들이 사이클론 반응을 통해 내부 교차 링크를 형성할 수 있다는 가능성에 주목했다(희귀하긴 하지만, 또한 참).펩타이드 결합의 사이클론 형태가 아미드 형태보다 더 안정적일 수 있다고 가정했을 때, Wrinch는 특정 사이클론 펩타이드들이 자연스럽게 사이클론 결합의 최대 수를 만들 것이라고 결론지었다(예:[29] 사이클론 6, 그림 2).그러한 사이클론 분자는 화학 결합이 길이가 같은 것으로 간주될 경우 대략 1.5 å의 6각형 대칭을 가질 수 있다. 비교를 위해 N-C 결합과 C-C 결합의 길이는 각각 1.42 å과 1.54 å이다.[29]

이러한 고리는 무한히 연장되어 사이클로 원단을 형성할 수 있다(그림 3).[30]그러한 직물은 수백 개의 잔여물을 빽빽하게 싸야 하기 때문에 Winth가 단백질에 있을 가능성이 있다고 느꼈던 장거리 준결정질서를 보여준다.그러한 분자와 직물의 또 다른 흥미로운 특징은 아미노산 사이드 체인이 한 면에서만 축방향으로 위쪽을 향하고 있다는 것이다. 반대면에는 사이드 체인이 없다.따라서 한 면은 펩타이드의 1차 염기서열과 완전히 독립되어 있는데, 이 염기서열은 Wrinch 추측으로 단백질의 염기서열 독립적 성질을 설명할 수 있을 것이다.[30]

그녀의 초기 기사에서, Wrinche는 사이클론 모델은 단지 작동 가설일 뿐이며, 확인되어야 할 단백질의 잠재적으로 유효한 모델이라고 분명히 말했다.[29]이 글에서 그녀의 목표는 잘 정의된 시험 가능한 모델을 제안하고, 그 가정들의 결과를 계산하고, 실험적으로 시험될 수 있는 예측을 하는 것이었다.[31]이러한 목표에서, 그녀는 성공했다. 그러나, 몇 년 안에 실험과 추가 모델링은 사이클론 가설이 구상 단백질 모델로서 지탱할 수 없다는 것을 보여주었다.[32][33][34]

안정화 에너지

그림 3: 도로시 브린치가 제안한 알라닌 사이클론 원단의 스틱 모델.사이클론 원단은 개념적으로는 베타 시트와 비슷하지만, 보다 균일하고 횡방향으로 밀도가 높다.직물은 큰 '라쿠네'가 육각형 모양으로 배열되어 있는데, 이β 원단은 세 개의 C 원자(녹색으로 표시됨)와 세 개의α H 원자(흰색으로 표시됨)가 직물의 (상대적으로) 빈자리에 모인다.직물의 양면들은 동등하지 않다; 모든β C 원자들이 같은 측면에서 나타나는데, 이것은 여기서 "상단" 면이다.붉은 원자는 수산화질소 그룹(카보닐 그룹이 아님)을 나타내며 직물의 양쪽에서 (3개의 집합으로) 솟아오른다. 파란색 원자는 질소를 나타낸다.이 가상의 구조는 자연에서 관찰되지 않았다.

윈치와 프랭크는 편집자에게 보내는 두 개의 탠덤 레터(1936년)에서 펩타이드 그룹의 사이클론 형태가 과연 아미드 형태보다 더 안정적인지에 대한 질문을 했다.[35][36]비교적 간단한 계산 결과 사이클론 형태가 아미드 형태보다 상당히 안정성이 떨어지는 것으로 나타났다.따라서 보상 에너지원을 식별할 수 없는 한 사이클론 모델은 폐기되어야 할 것이다.처음에, 프랭크는 주변 용매와의 더 나은 상호작용에 의해 사이클론 형태가 안정될 수 있다고 제안했다; 나중에, Wrinche와 Irving Langmuir는 비극성 사이드체인의 소수성 결합이 사이클론 반응의 에너지 비용을 극복하기 위한 안정 에너지를 제공한다는 가설을 세웠다.[37][38]

사이클론 결합의 노동성은 변성의 특성에 대한 자연적인 설명을 제공했기 때문에 모델의 장점으로 간주되었다. 사이클론 결합을 보다 안정적인 아미드 형태로 되돌리면 구조가 개방되고 그러한 결합이 실험과 일관되게 프로테아제스에 의해 공격될 수 있다.[39][40]초기 연구에서는 압력에 의해 변성된 단백질이 고온에 의해 변성된 동일한 단백질과 다른 상태에 있는 경우가 많음을 보여주었는데, 이는 변성의 사이클론 모델을 뒷받침하는 것으로 해석되었다.[41]

수소 결합에 의해 단백질 구조가 안정된다는 가설을 선호하는 리누스 폴링의 영향으로, 사이클론 모델의 몰락에서 소수성 안정화에 대한 랑무아르-윈치 가설은 공유되었다.소수성 상호작용이 단백질 접힘의 주요 원동력으로 인식되기까지는 또 다른 20년이 지나야 했다.[42]

강상보완성

브린치는 사이클롤에 관한 세 번째 논문(1936년)에서 스테로이드와 같은 많은 "생리학적으로 활성" 물질들이 탄소 원자의 융합된 육각형 고리로 구성되어 있기 때문에 아미노산 사이드 체인이 없는 사이클론 분자의 얼굴을 강직하게 보완할 수 있다고 언급했다.[43]Wrinch는 작은 분자가 단백질과 결합할지를 결정하는 주요 요인 중 하나가 steric compatibility라고 제안했다.[citation needed]

Wrinch는 단백질이 모든 생물학적 분자의 합성에 책임이 있다고 추측했다.윈치는 세포가 극도의 기아 상태에서만 단백질을 소화한다는 점에 주목하면서 단백질 없이는 생명체가 존재할 수 없다고 추측했다.[citation needed]

하이브리드 모델

처음부터 사이클론 반응은 수소 결합의 공밸런스 아날로그로 간주되었다.따라서 두 가지 유형의 결합을 모두 갖춘 하이브리드 모델을 고려하는 것은 당연했다.이것은 도로시 조던 로이드와 함께 쓴 [44]브린치의 사이클론 모델(1936년)에 대한 네 번째 논문의 주제였는데, 그는 구상 단백질이 수소 결합에 의해 안정된다고 처음 제안했다.[26]1937년 모리스 로이 허긴스와 리너스 폴링과 같은 단백질 내 수소 결합에 관한 다른 연구자들을 인용한 후속 논문이 작성되었다.[45]

윈치는 윌리엄 애스트베리와의 논문도 함께 썼는데, <CHαα>와 아미드 카르보닐 그룹 <C=O>의 케토 에놀 이등화 가능성에 주목하여, 크로스링크 <C-Cα(OHα)>를 생산하고 다시 산소를 히드록실 그룹으로 변환시킬 가능성을 언급했다.[46]그러한 반응은 5-메모리 반지를 산출할 수 있는 반면, 고전적인 사이클론 가설은 6-메모리 반지를 산출한다.이 케토-에놀 크로스링크 가설은 더 이상 발전되지 않았다.[30]

공간내포 원단

그림 4: 도로시 윈치가 제안한 사이클론 C1 단백질 구조의 스틱 모델.분자는 4개의 평면 사이클론 직물로 구성된 잘린 사면체로서 각각 1개의 열상(잔여물 48개)을 둘러싸고 있으며, 각 가장자리를 따라 4개의 잔류물(각 모서리에 2개의 잔류물)로 쌍으로 결합된다.따라서 이 분자는 모두 72개의 아미노산 잔류물을 가지고 있다.여기서 "대면온" 즉, 사이클론 원단 한 개의 빈틈을 들여다보는 것으로 본다.사이드 체인(여기서 알라닌으로 찍혀 있음)은 모두 이 "케이지 같은" 구조의 내부를 가리키고 있다.이 가상의 구조는 자연에서 관찰되지 않았다.

브린치는 사이클론에 관한 다섯 번째 논문(1937년)에서 두 개의 평면 사이클론 천이 결합되어 화학적 결합 각도를 존중하면서 평면 사이에 각도를 만들 수 있는 조건을 확인했다.[47]그녀는 원자의 비 평면 6-membar 고리가 화학 결합의 중간점에서 만들어진 평면 "중간 육각형"으로 표현될 수 있는 수학적 단순화를 확인했다.이러한 "중간 육각형" 표현은 평면 사이의 이면각이 사면 결합각 Δ = 아크코(-1/3) ∆ 109.47°[citation needed]와 같으면 사이클로 직물 평면이 올바르게 결합될 수 있음을 쉽게 확인할 수 있게 했다.

이 기준을 충족하는 다양한 폐쇄형 다면체를 구성할 수 있으며, 그 중 가장 단순한 것은 잘린 사면체, 잘린 팔면체, 팔면체(Platonic solidar) 또는 반정형 다면체(Semiplular polyedra)이다.브린치는 첫 번째 시리즈인 '폐쇄 사이클론'(잘린 사면체를 모델로 한 것)을 고려하면 아미노산 수는 72n으로2 2차적으로 증가했고, 여기서 n은 폐쇄 사이클론 C의n 지수다.따라서 C1 사이클론에는 72개의 잔류물이 있고, C2 사이클론에는 288개의 잔류물이 있다.이러한 예측에 대한 예비 실험 지원은 맥스 버그만과 칼 니만에게서 나왔으며,[4] 아미노산 분석 결과 단백질이 288개의 아미노산 잔류물(n=2)의 정수 배수로 구성되었다고 한다.보다 일반적으로 구상 단백질의 사이클론 모델은 테오도르 스베드베르크의 초기 분석적 초경밀화 결과를 설명했는데, 이는 단백질의 분자량이 정수에 의해 관련되는 몇 가지 등급에 속한다는 것을 시사했다.[2][3]

그 cyclol 모델은 일반적인 속성 다음 접힌 단백질을 갖게 되는 원인과 일치했다.[48](1)Centrifugation 연구는 접힌 단백질 크게 물(~1.4 g/mL)보다며, 그에 따라 빽빽하게 들어서 나왔다;Wrinch이 울창한 포장 일반 포장을 의미하야 한다 추측했다.(2)그들의 큰 사이즈에도 불구하고 일부 단백질 충분을 보여 주었다.(3) 단백질은 연관성에 부합하는 대칭 면의 개념과 일치하여 대칭 결정으로 쉽게 진입한다. (3) 단백질은 금속 이온을 결합한다. 금속 결합 부위는 특정한 결합 기하학(예를 들어 옥타헤드랄)을 가져야 하기 때문에, 전체 단백질도 마찬가지로 결정 기하학을 가지고 있다고 가정하는 것이 타당했다. (4) 위에서 설명한 바와 같이, 사이클론 모드는el은 변성과 단백질로 접힌 단백질을 분해하는 어려움에 대한 간단한 화학적 설명을 제공했다.(5) 단백질은 다른 단백질을 포함한 모든 생물학적 분자의 합성에 책임이 있다고 가정했다.Wrinche는 고정되고 균일한 구조가 왓슨-프랜시스 크릭의 DNA 복제 개념과 유사하게 그들 자신의 합성을 템플리팅할 때 단백질에 유용할 것이라고 언급했다.설탕이나 스테롤 등 생물학적 분자가 육각형 구조를 갖고 있는 점을 감안하면 이들의 합성 단백질도 마찬가지로 육각형 구조를 갖고 있다고 보는 것이 타당했다.Wrinche는 자신의 모델과 지원되는 분자량 실험 데이터를 세 개의 리뷰 기사에 요약했다.[49]

예측 단백질 구조

글린치는 구상 단백질 모형을 제안한 뒤 이용 가능한 구조 데이터와 일치하는지 조사했다.그녀는 소 투베르쿨린 단백질(523)이 72개의 잔류물로[50] 구성된 C 폐쇄1 사이클론이며 소화효소 펩신은 288개의 잔류물로 구성된2 C 폐쇄 사이클론이라고 가설을 세웠다.[51][52]이러한 잔류수 예측은 단백질 질량을 측정하는 데 이용할 수 있는 방법이 정확하지 않았기 때문에 검증하기가 어려웠다.[citation needed]

윈치는 또 인슐린이 288개의 잔류물로 구성된 C 폐쇄2 사이클론이라고 예측했다.Wrinch는 인슐린에 대해 제한된 X선 결정학적 데이터를 사용할 수 있었는데, Wrinch는 이 데이터를 자신의 모델을 "확인"하는 것으로 해석했다.[53]그러나 이 해석은 시기상조라는 다소 심한 비판을 받았다.[54]도로시 크로우풋 호지킨이 복용한 패터슨 인슐린 다이어그램에 대한 세심한 연구 결과, 사이클론 모델과 대략 일치하는 것으로 나타났지만, 사이클론 모델이 확인됐다고 주장하기에는 합의 내용이 미흡했다.[55]

모델의 신뢰할 수 없음

그림 5: Cβ 원자가 전혀 나타나지 않는 측면에서 볼 수 있는 알라닌 사이클론 천의 공간 채우기 다이어그램.이 그림은 직물의 3배 대칭과 그 특이한 밀도를 보여준다. 예를 들어, 세 개의β C 원자(녹색으로 표시)와 세 개의α H 원자(흰 삼각형 표시)가 만나는 "라쿠네"에서 탄화수소와 탄화수소는 겨우 1.68 å로 분리된다.더 큰 녹색 구들은 C 원자를β 나타낸다; Cα 원자는 파란색 질소 원자 옆에 있는 작은 삼각형들을 제외하고는 일반적으로 보이지 않는다.전과 같이 붉은 원자는 카보닐 산소 원자가 아닌 히드록실 그룹을 나타낸다.

사이클론 원단은 여러 가지 이유로 믿을 수 없는 것으로 나타났다.한스 뉴라스와 헨리 불은 사이클로 원단에 있는 사이드 체인의 촘촘한 패킹이 단백질 필름에서 관찰된 실험 밀도와 일치하지 않는다는 것을 보여주었다.[56]모리스 허긴스는 사이클론 원단의 여러 비결합 원자가 판데르 바알스 반지름에 의해 허용되는 것보다 더 가까이 접근할 것이라고 계산했다. 예를 들어, 라쿠네의 내부 H와α Cα 원자는 단지 1.68 å (그림 5)에 의해 분리될 것이다.[32]하우와위츠는 화학적으로 단백질의 외부는 사이클론 모델의 핵심 예측인 많은 수의 히드록실 그룹을 가질 수 없다는 것을 보여주었고,[57] 마이어와 호헤넴서는 아미노산의 사이클론 응축이 전이 상태로서 미세한 양으로도 존재하지 않는다는 것을 보여주었다.[58]사이클론 모델에 반대하는 보다 일반적인 화학적 논쟁은 베르그만과 니만[59] 그리고 뉴베르거에 의해 제시되었다.[33][34]적외선 분광 자료에서 단백질 내 카보닐 그룹의 수는 가수분해 시 변경되지 않았으며,[60] 온전한 접힌 단백질은 아미드 카보닐 그룹의 완전한 보완을 가지고 있다는 것을 보여주었다;[61] 두 관측 모두 그러한 카보닐이 접힌 단백질에서 히드록실 그룹으로 변환된다는 사이클론 가설과 모순된다.마지막으로 단백질은 아미드 수소가 부족하고 단백질의 질소가 이미 세 개의 공밸런스 결합을 형성하기 때문에 단백질이 상당한 양(일반적으로 5%)으로 알려져 있다.사이클론 모델에 대한 화학적, 구조적 증거에 대한 백과사전 요약은 폴링과 니만에 의해 제공되었다.[62]게다가, 모든 단백질들이 288개의 아미노산 잔류물의[4] 정수 배수를 포함하고 있다는 결과인 뒷받침되는 증거도 마찬가지로 1939년에 부정확한 것으로 나타났다.[63]

Wrinch는 사이클론 모델에 대한 강건한 쇄석, 자유 에너지, 화학 및 잔류물 수 비판에 답했다.그녀는 긴장된 충돌에 대해 결합 각도와 결합 길이의 작은 변형이 이러한 긴장된 충돌을 완화시키거나 최소한 합리적인 수준으로 줄일 수 있을 것이라고 언급했다.[64]그녀는 단일 분자 내 비결합 그룹 사이의 거리가 그들의 반 데르 바알스 반경(예: 헥사메틸벤젠 내 메틸 그룹 사이의 2.93 93 거리)에서 예상보다 짧을 수 있다는 점에 주목했다.사이클론 반응에 대한 자유 에너지 벌칙에 대해, Wrinch는 Pauling의 계산에 동의하지 않았으며, 그것만으로 사이클론 모델을 배제하기에는 분자 내 에너지에 대해 알려진 것이 너무 적다고 말했다.[64]화학적 비판에 대한 응답으로, Wrinch는 연구된 모델 화합물과 단순한 2분자 반응은 사이클론 모델과 관련될 필요가 없으며, 견고한 장애물이 표면 수산화질소 그룹의 반응을 방해했을 수 있다고 제안했다.[31]잔류 수 비판에 대해, Wrinche는 그녀의 모델을 확장하여 다른 잔여물의 수를 허용했다.특히 그녀는 48개의 잔류물에 불과한 "최소" 폐쇄 사이클론을 생산했고,[65] 그 (잘못된) 기준으로 인슐린 단량체가 약 6000Da의 분자중량을 가졌다는 것을 처음으로 제시했을지도 모른다.[66][67]

따라서, 그녀는 구상 단백질의 사이클론 모델이 여전히[68][69] 잠재적으로 실행가능하다고 주장했고, 사이토스켈레톤 구성 요소로 사이클론 원단을 제안하기까지 했다.[70]하지만, 대부분의 단백질 과학자들은 그것을 믿지 않았고, Wrinch는 그녀가 크게 기여했던 X선 결정학의 수학적인 문제에 과학적인 관심을 돌렸다.[71]한 가지 예외는 1940년대에 단백질과 펩타이드의 자외선 흡수 스펙트럼을 연구하여 그녀의 결과를 해석하는 데 사이클롤의 가능성을 허용한 스미스 칼리지의 동료인 물리학자 글래디스 앤슬로우였다.[72][73]인슐린의 염기서열이 프레드릭 생거에 의해 결정되기 시작하자 앤슬로는 브린치의 1948년 '미니멀 사이클론' 모델의 등뼈를 바탕으로 사이드체인이 있는 입체 사이클론 모델을 발표했다.[23][74][65]

부분상환

그림 6: 바이슬락탐 매크로사이클 형태(파란색)와 빠른 평형을 이루는 대표적인 아자시클롤 분자(빨간색)이다.비슬락탐 형태의 아미드 그룹은 사이클로 형태로 교차 연결된다. 이 두 개의 오토토머는 평형 상수가 ~1인 유사한 안정성을 가지고 있다.그러나 열린 형태(검은색)는 불안정하여 관찰되지 않는다.[75]

전체적인 사이클론 모델의 몰락은 일반적으로 그 요소들의 거부로 이어졌다; 한 가지 주목할 만한 예외는 J. D. 베르날은 단백질 접힘이 소수성 결합에 의해 추진된다는 랑무르-윈치 가설을 단명 수용했다.[76]그럼에도 불구하고 사이클론 결합은 1950년대에 작고 자연적으로 발생하는 순환 펩타이드에서 확인되었다.[citation needed]

현대 용어의 명확화가 적절하다.고전적인 사이클론 반응은 다른 그룹의 C=O 카보닐 그룹에 펩타이드 그룹의 NH 아민을 첨가한 것이다; 그 결과 화합물은 현재 아자시클롤이라고 불린다.유추에 의해 OH 히드록실 그룹이 펩티딜 카보닐 그룹에 추가될 때 옥사시클롤이 형성된다.마찬가지로 티아시클롤은 펩티딜 카보닐 그룹에 SH thiol moiety를 첨가하여 형성된다.[77]

곰팡이 클라비스프 퍼플푸레아에서 나온 옥사시클롤 알칼로이드 에르고타민이 최초 확인되었다.[78]순환성 탈시프티드 세라타몰라이드도 옥사시클롤 반응에 의해 형성된다.[79]화학적으로 유사한 주기적인 티아시클롤도 얻었다.[80]고전적인 아자시클롤은 작은[81] 분자와 세 곱절에서 관찰되었다.[82]펩타이드들은 사이클론 모델의 핵심 예측인 아자실롤의 역전으로부터 자연적으로 생성된다.[83]그러한 분자는 좋지 않게 높은 에너지 때문에 존재해서는 안 된다는 라이너스 폴링의 계산에도 불구하고 수백 개의 사이클론 분자가 이제 확인되었다.[62]

그녀가 주로 X선 결정학의 수학을 연구한 오랜 공백 후에, Wrinch는 이 발견들에 대해 사이클론 모델과 생화학에서의 관련성에 대한 새로운 열정으로 응답했다.[84]그녀는 또한 일반적으로 사이클론(cyclol)과 작은 펩타이드를 묘사한 두 권의 책을 출판했다.[85][86]

과학적 방법의 예

단백질 구조의 사이클론 모델은 과학적 방법의 일부로서 작용하는 경험적 위변성의 예다.[87][88]설명할 수 없는 실험 관측을 설명하는 원래의 가설은 만들어진다; 이 가설의 결과는 실험에 의해 시험되는 예측으로 이어진다.이 경우 펩타이드 그룹의 사이클론 형태가 아미드 형태보다 선호될 수 있다는 것이 핵심 가설이었다.이 가설은 사이클론-6 분자와 사이클론 직물의 예측으로 이어졌고, 이는 결국 구상 단백질에 대한 반정규 다면체의 모델을 제시했다.주요 시험 가능한 예측은 접힌 단백질의 카보닐 집단은 크게 히드록실 집단으로 변환되어야 한다는 것이었다. 그러나 분광 및 화학 실험에서 이 예측은 거짓으로 밝혀졌다.사이클론 모델은 또한 접힌 단백질과 실험에 동의하지 않는 필름에서 높은 측면의 아미노산 밀도를 예측한다.따라서, 사이클론 모델은 거부될 수 있고 1940년대와 1950년대에 제안된 알파 나선형의 모델과 같은 단백질 구조의 새로운 가설에 대한 탐구가 시작되었다.[71][89]

때때로 사이클론 가설이 선행의 결함, 예를 들어, 강한 충돌, 프로라인을 수용하지 못하는 것, 그리고 사이클론 반응 자체를 싫어하는 높은 자유 에너지 때문에,[90][91] 사이클론 가설이 결코 진전되어서는 안 된다는 주장이 제기된다.그러한 결함은 사이클론 가설을 믿을 수 없게 만들었지만, 그것을 불가능하게 만들지는 않았다.사이클론 모델은 구상 단백질을 위해 제안된 최초의 잘 정의된 구조였으며, 당시 이를 즉각 거부하기에는 근내력과 단백질 구조에 대해 알려진 것이 너무 적었다.그것은 단백질의 몇 가지 일반적인 성질을 깔끔하게 설명했고 당시 열성적인 실험 관찰을 설명하였다.일반적으로 틀리지만, 사이클론 반응과 단백질 접힘에서 소수성 상호작용의 역할과 같이 사이클론 이론의 일부 요소는 결국 검증되었다.유용한 비교는 수소 원자의 보어 모델이 있는데, 수소 원자의 초기부터 그것의 창조자에 의해서도 믿을 수 없다고 여겨졌지만,[92] 궁극적으로는 정확한 양자역학 이론으로 인도되었다.마찬가지로, 리너스 폴링도 다른 조사자들에게는 믿을 수 없으면서도 생각되는 DNA의[93] 잘 정의된 모델을 제안했다.[94][95]

반대로 사이클론 모델은 대칭성과 아름다움에 대한 잘못된 과학 이론의 예로서, '확실히 참된' 과학 이론의 징후라고 볼 수 있는 두 가지 특성이다.예를 들어, DNA의[95] 왓슨-크릭 이중나선 모델은 그럴듯한 수소 결합과 대칭성 때문에 때때로 "불확실하다"고 말하기도 한다. 그럼에도 불구하고, DNA의 대칭성이 떨어지는 다른 구조물은 다른 조건에서 선호된다.[96]마찬가지로, 알버트 아인슈타인은 실험적인 검증이 필요하지 않다고 여겼다. 하지만 이 이론조차도 양자장 이론과의 일관성을 위해 수정이 필요할 것이다.[97]

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추가 읽기

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  • "Waffle-Iron Theory of Proteins". The New York Times. 2 February 1947. p. E9.
  • Senechal M, ed. (28–30 September 1977). Structures of Matter and Patterns in Science: Inspired by the Work and Life of Dorothy Wrinch, 1894-1976. Proceedings of a Symposium Held at Smith College. Northampton, Massachusetts: Schenkman Publishing Company. Selected Papers of Dorothy Wrinch, from the Sophia Smith Collection. Schenkman Publishing Company
  • "Selected papers of Dorothy Wrinch from the Sophia Smith Collection". Structures of Matter and Patterns in Science. ISBN 978-0-87073-908-8.
  • Senechal M (2013). I Died For Beauty: Dorothy Wrinch and the Cultures of Science. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-973259-3.