Короткие фрагменты белковой глобулы с преобладающей конформацией, страница 2

Подобного родаинформация получена впервые и ранее не содержалась в работах других авторов .Впервыепоказанавысокаяплотностьрасположенияконформационно-стабильных участков в пространстве глобулы, что означает важность определенныхконформационно-стабильных участков для дальнейшего прогресса в пониманиизакономерностей процесса сворачивания глобулы.Практическое значение работыНабор коротких фрагментов, обладающих особенно ярко выраженнойконформационной стабильностью, можно использовать в задачах предсказаниявторичной структуры белковых молекул.

Фрагменты, характеризующиеся высокойконформационной стабильностью, перспективно использовать для дизайна белков вкачествефиксированных «строительных блоков». Список олигопептидов,обладающих предпочтительными структурами представляет интерес не только вфундаментальном, но и в практическом плане, в частности, может бытьиспользован при констру ировании биологически активных соединений пептиднойприроды.Основные положения, выносимые на защитуНаличиекороткихпептидныхфрагментовдемонстрирующихвысокуюпредпочтительность к определенным конформационным состояниям.Обнаружено, что у полуторы тысячи тетрапептидов из 160000 комбинаторновозможныхвбелкахпроявляютсяпредпочтениякопределеннымконформационным состояниям. Особенностями полученного списка коротких10последовательностей заключается в том, что подавляющее число конформационностабильных тетрапептидов находится в α-спиральной форме.Особенностиаминокислотногосоставаконформационностабильныхолигопептидов.Отметим, что в стабильных α-спиральных олигопептидах, по сравнению ссуммарной частью белковых последовательностей, находящихся в конформации αспирали, повышено содержание остатков таких аминокислот, как аланин, аргинин,глутаминовая кислота, лейцин, изолейцин, валин.

А так же наблюдаетсяпониженное содержание таких аминокислот, как триптофан, тирозин, валин,гистидин, глицин, аспарагин, т.е. всех α-спираль дестабилизирующих боковыхрадикалов.Т.е.короткиеα-спиральныепептидыспредпочтительнымиконформациями стабилизируются массивными боковыми радикалами, как иостальные α-спиральные фрагменты белков, но более строго.Стабильные олигопептиды в пространственной структуре располагаютсяблизко друг к другу.Найдено большое количество соседствующих конформационно-стабильныхолигопептидов. Так более 60% стабильных фрагментов находятся на расстоянии непревышающем 5Å от других стабильных олигопептидов.

Этот факт, по видимому,обусловлен числом таких фрагментов в составе белковых последовательностей игеометрией белков, в которые они включены.Параметры, характеризующие статистику расположения и ориентациистабильных олигопептидов в составе глобулы сходны с соответствующимипараметрами статистики расположения случайно выбранных фрагментов такой жедлины.Сходные значения характеристик полученных распределений свидетельствуютоб их близости. Вхарактеристикамипредставленной работе различия между статистическимивзаимногорасположенияконформационно-стабильныхолигопептидов и статистики случайно выбранных участков (метод усреднения посвоему принципу является методом Монте-Карла), рассчитанных по наборамбелков, содержащих в первом случае более 700 структур, во втором - порядка 500,11невелики и могут быть отнесены на счет неточностей схемы, лежащей в основеметода генерации случайных позиций, и недостаточности данных, а потомувзаимное расположение стабильных олигопептидов в некотором приближенииможно считать случайным, по крайней мере, сильных тенденций к сближениюмежду конформационно-стабильными участками нет.В случае набора специально отобранных белковых структур, различияиспользуемых характеристик статистики взаимного расположения стабильных ислучайных олигопептидов заметно возрастает.Нами была рассмотрена подвыборка белков, структуры которых удовлетворялиспециальным требованиям.

Были выбраны лишь крупные белки, чья структура былаисключительноα-спиральной,сбольшимчисломотдельныхсегментовсоседствующих с незначительной частью остальной глобулы. В этом случая можнополагать, что в процессе образования нативной структуры, произойдет меньшенарушений локального порядка (поскольку образуется меньшее число контактов).При генерации случайных позиций фрагментов, количество соседствующихучастков из-за геометрии структуры понижено. Результаты демонстрируютбольшое число соседствующих фрагментов, заметно превосходящее числососедствующих фрагментов со случайным распределением по глобуле.Апробация работы и публикацииПо материалам диссертации опубликовано две татьи в реферируемом журналеиз списка ВАКСтруктура и объем дисертацииДиссертация состоит из введения, пяти глав, обсуждения, выводов и спискалитературы (102 наименования).

Объем диссертации составляет 110 страниц, 40рисунков, 13 таблиц.12Краткое изложение содержание диссертацииВведениеИзложены основные идеи и подходы к исследованиям стабильных фрагментовбелковых молекул, обоснована актуальность проблемы исследований, перечисленыцели работы и использованные методы решения поставленных задач, дана общаяхарактеристика выполненных исследований, приводятся положения, выносимые назащиту.Глава IГлава содержит обзор литературы, касающийся проблемы структуры белка.Рассмотренаиерархияструктурвбелках.Описанспособопределенияконформационного состояния аминокислотного фрагмента как последовательностидвугранных углов и охарактеризована карта Рамачандрана с зонами повышенной ипониженной заселенности.

Приведено описание использованных в работе банковданных и их подвыборок (PDB, PDBSelect, Cath). Описаны основные теориискладываниябелковойглобулы.Дополнительноизлагаютсяподходыкпредсказанию третичной структуры белковой глобулы по её последовательности.Глава IIГлава представляет собой описание методики определения конформационностабильных олигопептидов и создание на основе их списка стабильныхпоследовательностей.В работе была произведена выборка коротких олигопептидов длиной в три,четыреипредпочтениепятьаминокислотныхостатков,проявляющихопределенныек каким-либо структурам в белковых глобулах. Для снижениявлияния гомологичности белков на результаты поиска таких аминокислотныхпоследовательностей, а также для получения структур белков, прошедшихпредварительную проверку на пргодность для использования, был выбран список13белковых структур PDBSelect.

Из этого списка были выбраны пространственныеструктуры с разрешением не хуже 1,5Å.Сравнение структур проводилось сравнением последовательностей двугранныхуглов с вычислением RMSD:RMSD =l∑ (ϕi =1i− ϕi` ) 2 + (ψ i −ψ i` ) 2 , где l - длина тестируемого олигопептида, ϕi иψ i - двугранные углы i -го остатка в двух сравниваемых структурах.Для каждого олигопептида в результате применения упрощенного методадревовидной кластеризации получено разбиение наблюдаемых для него структур нагруппыизблизкихконформаций.Свойствостабильностиприписываетсяфрагменту, если он удовлетворяет условиям наличия определенной долипреобладающего класса структур и, для увеличения достоверности заключения,наличия определенногоколичества наблюдений данного олигопептида висследуемом наборе белков.Олигопептид, определенный как конформационно-стабильный, вносился вСписок.

Запись, содержит информацию о каждом случае наблюдения этогоолигопептида в наборе белковых структур, и о способе разбиения этих случаев наклассы подобных конформационных состояний, а также численные характеристикиэтих классов. Этот Список впоследствии применялся для анализа новых белковыхпоследовательностейПри оценке списка трипептидов было обнаружено, что около 29 из 8000 (более0,36%)комбинаторновозможныхпоследовательностейобладаютпредпочтительными конформациями. Всего в используемой выборке было найдено7836 олигопептидов с различными аминокислотными последовательностями. Вслучае же тетрапептидов конформационно-стабильными оказались около 1529 из160000 (1%) возможных последовательностей, в которых находилось 143 тысячинаблюдаемых фрагментов.

Для пентапептидов найдено чуть более полутора сотенфрагментов со структурной стабильностью при комбинаторно возможном числе 3,214млн., и причина этого заключается в первую очередь в нехватке данных дляопределения стабильности подавляющего числа фрагментов такой длины.Глава IIIДанный раздел посвящён описанию структурных свойств стабильныхтетрапептидов, а именно, основных типов предпочтительных конформаций ивключению их в различные структурные классы белков.Предпочтительной конформацией, рассматриваемой нами, является α-спираль.В случае тетрапептидов количество структур, определенных как конформационностабильные и не относящихся к каноническим, не превышает 5% от всего набора.Для α--спирали характерен минимальный разброс вокруг канонических значенийуглов φ и ψ.В работе было проверено наличие олигопептидов из списка стабильных всоставе таких белков как α-кератин, β-фиброин шелка, и коллаген. Если в первомслучаеуровеньсовпадающейсолигопептидовсаминокислотнымиаминокислотнойпоследовательностьюпоследовательностямиконформационно-стабильных последовательностей из списка довольно высок, то во втором и третьемслучаях – довольно низок.