В настоящее время удалось синтезировать большое число структурных аналогов аминокислот и испытать возможность использования их в биосинтезе белка.
К ним относятся аналоги метионина (селенометионин и этионин), аналоги фенилаланина (о — и n-фторфенилаланин и β-2-тиенилаланин) и аналог триптофана (7-азатриптофан). Их можно синтезировать в радиоактивной форме, и они служат могучим и очень чувствительным средством для изучения вопроса о том, являются ли механизмы биосинтеза белка абсолютно точными и специфичными или же при замене естественных аминокислотных остатков веществами, синтезированными человеком, будут образовываться измененные белковые структуры. Подобные опыты дают очень ясные результаты. Необычные аминокислоты могут быть использованы при синтезе. Коуи и Коэн, например, выращивали мутант Е. coli, нуждающийся в метионине, на среде, совершенно лишенной метионина, но содержащей вместо него селенметионин; несмотря на необычные условия питания, клетки обладали способностью синтезировать относительно нормальным образом некоторые ферменты, а белки дочерних клеток содержали селенметионин. В другом сходном исследовании Гросс и Тарвер показали, что белки Tetrahytena pyriformis способны включать этионин, меченный С14; при этом происходило образование настоящих пептидных цепей, поскольку было показано, что из продуктов частичного кислотного гидролиза можно выделить пептиды, содержащие этионин. Интересный опыт по включению аналогов был проведен Стейнбергом и Воганом (личное сообщение), которые изучали включение in vitro о-фторфенилаланина, меченного тритием, в белки измельченного яйцевода курицы. Затем из ткани был извлечен чистый лизоцим и переварен трипсином и химотрипсином. Продукты переваривания были изучены методом «дактилографии» и выделенные при этом пептиды анализировались на содержание ароматических аминокислот. Было обнаружено, что небольшая часть пептидов, нормально содержащих фенилаланин, содержат вместо природной аминокислоты радиоактивный аналог.
Хотя аналоги и могут включаться в белки, однако они, по-видимому, неспособны обеспечить нормальную их функцию, так как большинство аналогов вызывает заметное торможение роста. В настоящее время мы ничего не можем сказать о механизме этого торможения. Во многих лабораториях сейчас изучается влияние включения аналогов в зависимости от степени их отличия от естественных аминокислот, которые они копируют.
Природа, по-видимому, проявила большую мудрость при выборе стандартных аминокислот. Ей удалось отобрать примерно 20 аминбкислот, которые достаточно отличаются друг от друга, чтобы их можно было безошибочно опознавать. Остатки валина и изолейцина очень сходны в отношении пространственной конфигурации; поэтому не было бы ничего удивительного, если бы оказалось, что в тех участках белковых структур, где располагается опт из этих аминокислот, иногда наблюдались неточности. Однако, насколько мне известно (в пределах точности аналитических методов, о которых уже говорилось выше), взаимное замещение валина и изолейцина никогда не наблюдалось; исключение составляют лишь образцы одного и того же белка или полипептида, выделенные из двух различных видов или из особи, «гетерозиготной» по данному веществу. С другой стороны, Коуи с сотрудниками (личное сообщение) показали недавно, что в белках Escherichia coli значительное количество метионина может быть замещено норлейцином — аминокислотой, очень сходной с метионином по строению своей молекулы и обычно не содержащейся в белках.
Синтез белка — не абсолютно точный процесс. Некоторые аналоги аминокислот могут заменять соответствующие природные аминокислоты. Однако многочисленные данные показывают, что в нормальных условиях выявить ошибки синтеза не удается и что механизм «сборки» белка способен необычайно тонко различать структурные особенности отдельных аминокислот.