Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.2. Пространственное строение белка (947295), страница 121
Текст из файла (страница 121)
Это означает, что каждая из таких флуктуаций отвечает предпочтительному по энергии взаимному расположению ближайших атомных групп (например, в пределах одного аминокислотного остатка), а определенное сочетание таких флуктуаций приводит к дополнительным стабилизирующим взаимодействиям более удаленных атомных групп, принадлежащих соседним по цепи остаткам. Что нужно, чтобы такое событие, несмотря на случайность и беспорядочность всех флуктуаций, наверняка имело место? Для этого необходимо, чтобы единственно возможный при самопроизвольности процесса беспорядочно- поисковый механизм сборки белка осуществлялся за короткое время. На первый взгляд данное условие выглядит нереальным, так как число возможных комбинаций случайных и в значительной мере беспорядочных конформацнонных флуктуаций лолилептидной цепи велико, а возможность появления среди них бифуркационных флуктуаций ннчтоясно мала.
Так, перебор всех микроскопических состояний даже у самого низкомолекулярного белка занял бы не менее 10з" чет. Противоречие между характером процесса и его продолжительностью снимается, если предположить, что актуальные на первом этапе сборки белка бифуркационные флуктуации могут возникать независимо на разных участках аминокислотной последовательности. Это предположение равносильно постулированию возможности образования при определенном сочстании согласованных флуктуаций конформационно жестких фрагментов только за счет невалентных взаимодействий входящих в него остатков. Время, необходимое для локальной структурной самоорганизации при беспорядочно-поисковом механизме ориентировочно равно, согласно Д.
Уетлауферу, 10" гя с (и— число остатков; !0" — число возможных конформационных состояний белковой цепи; 1О гз с — время возникновения одного конформационного состояния) [326!. Следовательно, для пептидных фрагментов белковой цепи, например, с и=12 время сборки составляет всего ! 0 з с.
Процессы 464 структурирования разных олигопептидных участков последовательности могут идти параллельно с разными скоростями. Их независимость друг от друга предполагает чередование в белковой цепи конформационно жестких и лабильных фрагментов. Таким образом, важнейшая особенность белков, обусловливающая неизбежность возникновения необратимых бифуркационных флуктуаций и, следовательно, саму возможность спонтанного возникновения из хаоса высокоорганизованной структуры, согласно предлагаемой теории, заключается в специфической конформационной неоднородности природной аминокислотной последовательности.
Это положение отражает суть рассматриваемого явления, постулирует наличие неразрывной связи между химическим строением белковой цепи, ее конформационными свойствами и необратимыми флуктуациями. Гетерогенность природной аминокислотной последовательности ответственна за различие в конформационных возможностях отдельных участков.
Конформационная гетерогенность альтернирующнх жестких н лабильных белковых фрагментов порождает термодинамическую неоднородность флуктуаций, дифференцируя их на обратимые, равновесные, н необратимые, неравновесные. Такая связь обнаруживается только у отобранных эволюцией аминокислотных последовательностей. Сборка белка начинается с чисто случайного, но неизбежного появления на некоторых олигопептидных участках цепи независимых друг от друга необратимых флуктуаций. Уникальные конформационные отклонения рано или поздно приведут к образованию за счет ближних и средних невалентных взаимодействий остатков нескольких жестких локальных структур — нуклеаций, разделенных участками, оставшимися подвижными.
Таким образом, первый этап свертывания белковой цепи включает ряд параллельно идущих процессов структурирования отдельных фрагментов и завершается образованием первого промежуточного состояния (1,). В результате на термодинамической ветви возникла первая бифуркационная точка, являющаяся поворотной в отношении направленности и характера дальнейшего развития событий; с этого момента механизм сборки белка становится истинно не- равновесным процессом. Далее, также за счет случайно возникающих флуктуаций в специфические взаимодействия вовлекаются удаленные по цепи остатки, принадлежащие разным участкам белка.
Их сближенность происходит опять-таки только при определенных и поэтому необратимых флуктуациях. Структурная стабилизация возникает здесь за счет пространственной комплементарности избирательно контактирующих конформационно жестких фрагментов. Появление на втором этапе сборки за короткое время необратимых флуктуаций на значительно больших, но уже частично сконструированных участках также неизбежно при беспорядочно-поисковом механизме, поскольку увеличение количества взаимодействующих между собой аминокислотных остатков сопровождается уменьшением конформационных степеней свободы.
Благодаря избирательности бнфуркационных флуктуаций и их дополнительности друг к другу, ведущей к строгой согласованности, белок приобретает детермн- 465 нистические черты. Из конформацнонно-жестких фрагментов возникают нуклеации, которые через ряд случайных, но неизбежных событий входят в более крупные структурные образования П23, затем в домены и, наконец в нативную трехмерную структуру белка.
Устойчивый н конструктивный характер бифуркационных флуктуаций обусловлен уникальной амннокислотной последовательностью. Описанная общая теория свертывания белковой цепи — это первый шаг к созданию физической теории структурной самоорганизации белка и реального метода расчета, которые позволили бы определять координаты атомов нативной трехмерной структуры белковой молекулы, ее динамические конформационные возможности и механизм сборки по известной аминокислотной последовательности.
Выше она сформулирована в общей, не допускающей прямой экспериментальной проверки форме. Значение теории состоит в том, что она, используя нелинейную неравновесную термодинамику, впервые смогла дать принципиальную и непротиворечивую трактовку важнейшим особенностям структурной организации белка: беспорядочно-поисковому механизму сборки природной аминокислотной последовательности, самопроизвольному характеру возникновения и протекания всех стадий образования высокоупорядоченной трехмерной структуры, большой скорости и безошибочности процесса.
Кроме того, изложенная теория указала направление и содержание дальнейшего поиска, который привел к разработке физической конформационной теории белка, созданию метода априорного расчета его трехмерной структуры, подтвержденного конкретными примерами, и количественному описанию механизма свертывания белковой цепи [327, 328). Подробно этот материал будет изложен в следующем томе настоящего издания. ЛИТЕРАТУРА 1. Еиег> Я., Еумпл Н.
П !. РЬух. СЬеик !954. Чгд. 58. Р. !!0 — 120. 2. Аллпггл С.В. П Вс)енсе. 1973. Чо!. 181. Р. 223-230. 3. Лепилваль С. П Молекулы и клетки. Мэ Мир, !968. Вып. З.С. 29-47. 4. Бауэр Э С П Теоретическая биология. Мс ВИЭМ, 1935. С. 350. 5. )Рег/аи~ег О.В.. Я/мои 5. П Аппп. Я с у. В)осьепь ! 973. Чо!. 42. Р. 135. 6. Яир!еу 3 А.
П !. Мо!. Вю), )968. Чо1. 35. Р. 455-467. 7. Мапьенх ВЗР Аппо. Кеу. РЬух. СЬею. 1976. Чо1. 27. Р. 493 — 520. 8. и//сдпг гг А., М/лег М., Уажоьх! М, е! а). // Вс!егзсс. 1989. Чо). 245. Р. 616-62!. 9. 5иснл АВ . Мглег М., Сгегп А е! а). П Ргос. Ыаг. Асад. Всь ))5. 1990. Чо). Еп Р. 8805— 8809. ! О, / ге В., Яи/ипдэ Р.М. П !. Мо), Вю).
! 97! . Чо1, 55. Р. 379-400. 11. /Вп иле А., Яир/гу ./. П )ЬЫ. 1973. Чо1. 79. Р, 35 ! — 363. 12. Сьо//ии С П На!нге. ! 975. Чо). 254. Р. 304-306. 13. К/огг /М. П Агсь. В!осьепь апд В!орьуь. 1970. Чо). 138. Р. 704 — 725. 14. Кчпм / О. // !. Атее. Свет. Вос. !972. Чо). 94.
Р. 4009-40!2. 15. Голо/и 5., 5гаггали Н.А, П Ргос. Ыа! Асад. Всь 1>5. 1975. Чо!. 72. Р. 3802 — 3808. ! 6. Гилияа 5, 5г!мгсяс НА. П !Ьк1. 1977. Чо). 74. Р. 1320 — ! 327. 17. Р/гггг О Н, 5г/мгиеп Н А. // Масгото)сон)ех. 1978. Чо!. 1!. Р 9 — 15. ! 8. Сгг/с/ггогг Т Е // Вюсьепз. ), 1990. Чо!. 270. Р. 1-!6. !9 Лил В И П Биофизика. 1974. Т.!9. С. 366 — 377. 20. Ломри Р, Билгогтгн Р. П Структура и стабильность биологи юских макромолекул / Пер, с англ.
пол рел. С,!!. Тимашеффа и!)О. Фасмана. Мс Мир, 1973. С. 7-173. 21. К!аарег М/Е // Вюсвв. ег ЬюрЬуь. асы, 197! . Чо1. 229. Р. 557 — 563. 22. Киттани И'., Мните К., Ясйи!гг О. П Магоге. 1974. Чо1. 248. Р. 447-449. 23. Тшг/игд С. П Адю Ргоге!л Сйев. 1968. Чо1. 23. Р, 121 — 282. 24. Флори Н Статистическая механика цепных молекул.
Ми Мнр, 1971. 401 с. 25. Нмай Л, Мейгл $.0. П Адч, Ргоге1п Сйегп. 1966. Чо1. 21. Р. 287-350. 26. Сгегявон Т Е нП 3. Мо/. Вю/. 1975. Чо1. 95. Р. 167-180. 27. $лудег. СН., Яииил Я.. Эу/гег В.О. П В!осЬетмну, 1976, Чо1. 15. Р 2275 — 2282. 28. Каньнгалп И'. П Адч. Ргогс!и Сйев. 1959. Чо/. 14. Р. 1-63. 29. Яг/ге//тин /.А. // Сг. /.аЬ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
