Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.2. Пространственное строение белка (947295), страница 62
Текст из файла (страница 62)
Кук в 1967 г. [68[ рассмотрел частоты появления остатков на разных участках а-спирали и пришел к заключению, что отрицательно заряженные аспарагиновая н глутаминовая кислоты н треонин встречаются преимущественно на Х-концах, а положительно заряженные лизин, аргинии и гисгидин — на С-концах а-спирали. Б. Лоу и соавт. [69) исходили из предположения, что формирование а-спирали является кооперативным процессом, который определяется взаимодействием ближайших остатков белковой цепи.
В связи с этим спиралеобразующая тенденция отнесена авторами не к отдельным остаткам, а к определенным последовательностям, В табл. П.2 приведены результаты рассмотренных выше исследований а-спирального содержания, основанных иа статистической обработке данных нескольких белков. Сопоставление экспериментальных н теоретических данных свидетельствует о чрезвычайно малой предсказательной силе первых эмпирических корреляций. Можно было, однако, полагать, что это связано с недостаточным для корректной статистической обработки количеством белков с известной пространственной структурой. О.Б. Птицын [70) проанализировал распределение остатков иа Х- и С-концах, а также в средней части спиралей у большего, чем в аналогичной по характеру работе Д.
Кука [68), числа аминокислотных последовательностей. Автор показал, что гидрофобные остатки аланина и лейцнна обнаруживают тенденцию находиться во внутренних витках а-спиралей, а остатки с отрицательно и положительно заряженными боковыми цепями — концентрироваться соответственно на се Х- и С-концах, Аминокислоты с гетероатомом при Са локализуются в иеспнральных областях. Д. Котельчук и Г. Шерага [71, 72) предприняли попытку теоретически обосновать гипотезу о доминантной роли в образовании вторичных структур ближних взаимодействий, т.е.
взаимодействий атомов в пределах одного остатка, При справедливости этой гипотезы природные аминокислотные остатки могли бы быть количественно охарактеризованы специальными потенциалами, что сделало бы возможным предсказывать конформации отдельных фрагментов последовательности и составить таким образом грубое приближение белковой глобулы для последующего уточнения.
Расчетная модель имела вид, показанный на рис. П,2, Исходные двухгранные углы у, ф отвечали правой и левой а-спиралям (ак и а„) н складчатому листу (р). Конформационные состояния боковых цепей (В) во всех случаях фиксировалнсь одинаковым образом в полностью вытянутой форме с )(', )(з, ... = 180', 180', .... Было найдено, что прн различной форме основной цепи (аа, аы 8) предпочтительная конформация дипептида при неизменном состоянии В, оставалась той же самой, независимо от природы Кз. В определении стабильности конформации такой системы, согласно Котельчуку и Шераге, важное значение имеет лишь взаимодействие боковой цепи В~ с промежуточной пептидной группой; взаимодействие же между В, и Кз незначительно и практически не влияет на 245 К ~ о ~ й 8 ю и °,' О » и о И3 й 3 6 Ф $ о М 6 4 я я Р ф фа и< ~ И хм -" й й И С ~6 ю о «ой й В й й й И Ж й Ф й Й И п й й конформацию.
Авторы сделали вывод, Нг что образование а-спиралей и р-структур ц~ является результатом аддитивных вкла- М ~ й дов отдельных остатков, а не следствием ' ~.1„.)1 их взаимодействий. На основе результатов расчета и анализа последовательнос- н тей в четырех белках они разделили ами- Н Н нокислоты на спиралеобразУющие (А1а, Рве пг Расче алис ель Ча1, 1.еп, 1!е, Мед ТЬг, О)п, 01п, РЬе, Суз, „евтвамхх.ефгаги,ига(721 Н)з и Агц) и спнралеразрушающне (Бег, Азп, Азр, Тгр, Туг и 1.уз). Остаток О1у отнесен к индифферентным, а Рго — к спиралеобразующим по отношению к С-концу последовательности и к спиралеразрушающим по отношению к Х-концу.
Были также сформулированы эмпирические правила идентификации спиральных и неспиральных областей, включающие условия инициации и терминации спиралей. Результаты работ Котельчука и Шераги соответствовали модели Полинга и Кори и, очевидно, в связи с этим не были критически восприняты многими исследователями, что способствовало распространению упрощенного представления о формировании структуры белковой молекулы. Однако данная работа содержит ряд серьезных недостатков и необоснованных заключений. Неудачен сам выбор расчетной модели, исследование которой в принципе не могло дать ответ на вопрос о взаимодействии смежных остатков при трех канонических формах основной цепи.
Так, в случае 3-структурных параметров д, ф боковые цепи К~ н Кг находятся по разные стороны от основной цепи, причем одна направлена вверх от средней плоскости складчатого листа, а другая — вниз, в результате боковые цепи нн прн каких конформационных состояниях К~ и Кз не могут эффективно взаимодействовать между собой. В р-структуре сближенными оказываются боковые цепи не смежных остатков, а разделенные одним остатком, т.е.
К, и Кз, Кг н К4, взаимодействие между которыми может стабилизировать эту структуру. Следовательно, выбранная модель не отражает специфику взаимодействий боковых цепей в конформации складчатого листа. При фиксированных в расчете состояниях К, и Кз боковая цель первого остатка нависает над промежуточной пептидной группой, а второго — ориентирована в сторону от фрагмента. Полученный Котельчуком и Шерагой результат об отсутствии взаимодействий между К, н Кз и значительном взаимодействии с прилегающей пептидной группой заведомо очевиден из принятых условий расчета.
Таким образом, выводы Котельчука н Шераги об аддитивном характере р-структуры и а-спирали и, следовательно, неэффективности взаимодействий смежных остатков априорно следуют из принятой расчетной модели н не отражают реальной ситуации. Что касается сделанных на основе расчета предсказаний спиральных и неспиральных областей, то их достоверность, как видно нз табл. 11.3, столь же мала, 247 Таблица НЗ Пеквзительввя спгпобиость эмпирического привили Кетельчуки и Шереги Число а-спирввьвых осгвтков!зксперимен- гвльньге хввиые1 Число а-си ирвв ьных остатков по данным д. Котельчткв и Г.Шереги !71,72! Белок Опенке Правильная Непрввильнии Правильная Ненрввильния Правильная Неправильная Правильная Непрввильивя Лизоцим Рибонуклевьз А Миоглобин а-Химотрипсин 31 34 10 2б 74 5! 9 51 !2! 22 как и в предшествующих работах (см.
табл. П.2). Гипотеза о доминантной роли внутриостаточных невалентных взаимодействий атомов в формировании регулярных структур была очень заманчива. Она вселяла надежду найти прямую корреляцию между первичной и вторичной структурами, что, в свою очередь, обеспечило бы выход к предсказанию всей конформации белка, поскольку его трехмерная структура представлялась в виде ансамбля вторичных регулярных структур. Полученные Котельчуком и Шерагой результаты хорошо согласовывались с общепринятым представлением о пространственном строении белка и поэтому были восприняты как теоретическое обоснование подхода к решению конформационной проблемы. Следуя за Д.
Котельчуком и Г. Шерагой, А.В. Финкелыптейн и О.Б. Птицын !73] в 1971 г. попытались подтвердить тезис об исключительной роли ближайших взаимодействий данными статистического анализа аминокислотного состава и последовательностей девяти белков. С этой целью было рассмотрено распределение пар различных остатков в положениях 1-2 и 1-3, 1-4 и 1-5 в а-спиральных, ]5-структурных и неупорядоченных участках.
Анализ показал, что оно лишь незначительно отклоняется от беспорядочного. Следовательно, не было обнаружено заметной корреляции между чередованием в цепи полярных и неполярных остатков и вторичной структурой. Преимущественная локализация гидрофобных остатков в положениях 1 — 4 и 1— 5 в спиралях миоглобина и гемоглобина была признана нехарактерной для спиралей в других белках.
При рассмотрении аминокислотного состава регулярных и нерегулярных участков, а также состава вдоль а-спиралей было, однако, замечено, отклонение в распределении отдельных остатков от средчестатистического, что находилось в согласии с данными, полученными ранее Куком [б8] и Птицыным ]70]. Тем не менее Финкельштейн и Птицын заключили, что среди взаимодействий, определяющих вторичную структуру, взаимодействия боковых групп с примыкающими к ним участкамн основной цепи, т.е, во фрагменте СОХН вЂ” СНК-СОХН. 248 играют значительно большую роль, чем взаимодействия между соседними боковыми группами. На атом основании аминокислотам приписывалась определенная тенденция к встраиванию в спиральные и р-структурные участки независимо от их соседей по цепи.
Далее, все природные аминокислоты разбивались на несколько групп, которые характеризовались в чисто качественном плане спиральными потенциаламн. Например, остаткам А1а, 1.еп и Ме1 был приписан "большой положительный потенциал", а Агй, Н]з и 1.уз — "большой положительный" на С-конце и "большой отрицательный" на Х-конце спирали и т.п. Эти потенциалы в общем отвечали разделению остатков на спиралеобразующне н спираленеобразующие Котельчуком и Шерагой, Для]5-структуры соответствующих характеристик не было получено из-за малого объема зкспернмснтального материала. В серии работ П. Льюиса и Г.
Шераги [74, 75] рассмотрен механизм свертывания полипептндных цепей в белках при учете только ближних взаимодействий. Предполагалось, что в процессе ренатурации или сразу же после биосинтеза самосборка белковой цели в нативную конформацию начинается с образования а-спиралей, которые в дальнейшем и определяют направление свертывания окончательной структуры. Следовательно, в зтнх работах постулировалось, что регулярные конформации являются самыми стабильными формами в гетерогенной последовательности, составляют жесткую основу глобулы и играют ключевую роль в процессе самосборки белковой цепи. Сближенность спиралей н образование контактов между ними осуществляются так называемыми []-изгибами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
