Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.2. Пространственное строение белка (947295), страница 66
Текст из файла (страница 66)
Так, из 16 а-спиральных остатков эластазы ни один не определен правильно, но сделано 25 ошибок. В папаине в [3-структуре содержится 30 остатков, из ннх правильно предсказаны 26, неправильно — ЗЗ. Результаты сравнения предсказанных а-спиральных и 8-структурных областей с наблюдаемыми находятся в резком диссонансе с оптимисгическим заключением авторов о том, что "...полученные в работе конформационные характеристики амннокислотных остатков могут обеспечить точную идентификацию вторичных структур, а также быть полезными в изучении свертывания белковой цепи в третичную структуру".
[98. С. 220]. Позднее подобный подход был распространен Чоу и Фасманом на повороты цепи [1001, Статистическому анализу были подвергнуты 29 белков известной структуры, содержащих 459 [3-изгибов. Образующие петли тетрапептндные фрагменты в соответствии с последовательностью значений углов яь ф у остатков в положениях и, и+1, и+2 и и+3 были разбиты на 11 классов. Из частот появления остатков в каждом из этих положений тетрапептида нацдены конформационные параметры Рг Наиболее часто в положении и встречаются остатки Азп, Сух, Аар; и+1 — Рго, Бег, 1.ув; и+2 — Азп, Азр, О1у; и+3 — Тгр, О1у.
Самыми высокими потенциалами вхождения во все места [3-изгиба обладают Рго, О1у, Азп, Аар. Гидрофобные остатки реже, чем гидрофильные, входят в поворотные цепи, однако они более часто встречаются в непосредственной близости от них. Надежность разработанного алгоритма приблизительно такая же, как и алгоритма предсказания а-спиралей и б-сгруктур. А, Бэржес и соавт.
[101) предприняли попытку учесть с помощью статистического анализа взаимодействия между соседними и дальними по цепи остатками, основываясь на традиционном представлении о белковой конформации, включающей а-спираль, [З-структуру, 8-изгиб и клубок. При разработке алгоритма предсказания этих состояний 9» учитывались, с одной стороны, статистические веса оптимальных форм свободных аминокислотных остатков, полученных путем теоретического анализа соответствующих метиламидов Х-ацетил-Е-аминокислот, а с другой — частоты появления различных конформацнй остатков в восьми белках известной структуры.
Новое здесь заключалось не только в большем, чем в предшествующих аналогичных разработках, количестве предсказываемых конформацнонных состояний, но и в одновременной, а не последовательной (предпочтительной), как это было ранее, локализации а-спиралей, 0-структур и д-изгибов.
В силу чисто эмпирического характера сформулированных в работе правил конформационного отбора бессмысленно рассматривать их физическое содержание и анализировать, насколько в действительности они могут передать все возможное многообразие взаимодействий основных и боковых цепей 20 типов остатков в нонапептиде. Критерием эффективности "нонапептидного" предсказательного алгоритма, как и любой эмпирической корреляции, может быть лишь практика.
Сопоставим результаты предсказаний по этому алгоритму с экспериментально наблюдаемыми вторичными структурами. В лизоциме в а-спирали входят 46 остатков, 19 предсказаны правильно, 3!— неправильно; д-структура белка состоит из четырех остатков, ни один из которых не был предсказан, но сделано 12 ошибок. Другой пример — папани. В нем 50 остатков входят в а-спирали, 13 определены правильно при 43 ошибочных предсказаниях; в ~3-структурах содержится 21 остаток, четыре из которых предсказаны правильно при 69 ошибочных предсказаниях.
Еще менее достоверна идентификация вторичных структур в миоглобине, карбоксипептидазе, миогене, цитохроме Ь„рубредоксине, конканавалине, также входящих в состав базовых белков, Для количественной оценки предсказательной способности того или иного алгоритма Бэржес и соавт. ввели так называемый индекс предсказания Р, который учитывает число идентифицируемых состояний [10! !. Значение Р может меняться от -1 до +1 в зависимости от значения Я, равного отношению числа правильно предсказанных состояний остатков к числу остатков в цепи. Если все предсказания неправильны, то Р = -1; если число правильных предсказаний совпадает с числом, ожидаемым прн беспорядочном отнесении состояний, то Р = 0; если же все отнесения правильны, то Р = 1. Значения индекса предсказания были получены для всех предложенных ранее процедур и сопоставлены с индексами Р нового "нонапептидного" алгоритма.
Оказалось, что его предсказательная способность не выше, а в ряде случаев ниже других алгоритмов. В частности, И. Протеро в !966 г. более правильно предсказал а-спиральное содержание в миоглобине и лизоциме, чем Бэржес и соавт. в 1974 г. [63]. Если судить по индексу Р, то процедура Котельчука н Шераги может показаться пе менее предпочтительной, чем "нонапептидная" [71, 72!. Между тем в этих работах постулировалось отсутствие взаимодействий между соседними остатками н предсказательный алгоритм базировался только на учете 260 конформационных свойств отдельных аминокислот. Для рибонуклеазы, субтилизина, карбоксипептидазы, рубредоксина и ряда других белков индекс предсказания Р близок к О, т.е.
точность предсказания "нонапептидного" алгоритма практически отвечает случайному отнесению состояний. Таким образом, можно заключить, что подход к решению проблемы средних взаимодействий, предложенный Бэржесом и сотр., не является эффективным. Трудно согласиться с мнением авторов, что разработанный ими алгоритм может служить основой для установления связи между аминокислотной последовательностью и окончательной третичной структурой, Любопытный эксперимент по проверке предсказатсльной способности различных эмпирических корреляций между первичной и вторичными структурами был проведен с аденилаткнназой. Исследователям, занимающимся разработкой предсказательных схем, были разосланы данные по аминокислотной последовательности белка с предложением определить его структурные особенности.
При этом никто из них не был информирован заранее о результатах расшифровки трехмерной структуры аденилаткиназы, Полученные ответы с предсказаниями вторичной структуры белка были опубликованы вместе с экспериментальными данными ]102]. Сопоставление теоретических и опытных данных, приведенных в табл. Д.4, показывает, что ни один из методов определения вторичных структур не может считаться надежным. В 1970-е годы большое внимание уделяется концепции а-спирального механизма самоорганизации белковой глобулы, первоначалыю предложенной Шарагой и соавт. в 1971 г. [75].
Создание третичной структуры, согласно этой концепции, начинается с образования в развернутой белковой цепи преимущественно а-спиралей, которые служат инициаторами дальнейшей сборки макромолекулы. Спирализация осуществляется за счет локальных взаимодействий. В процессе свертывания цепи взаимодействия спиралей, т.е. дальние взаимодействия, могут привести как к их дополнительной стабилизации, так и дестабилизации и разрушению. На этой основе, предполагая, правда, сохранение спиралей, образовавшихся в начале структурирования, О.Б. Птицын и А.А. Рашин в 1973 и 1975 гг, описали самоорганизацию глобулярной конформации апомиоглобина 1103, 104]. Процесс свертывания представлен несколькими последовательными стадиями.
Первая стадия заключается в образовании на ряде участков цепи а-спиралей, наблюдаемых в нативной конформации белка. Спирали, как н в работе Гуццо 1б1], аппроксимируются жесткими цилиндрами. Далее соседние по цепи а- спирали агрегируют и образуют так называемые центры кристаллизации; последние, взаимодействуя друг с другом таким образом, что гидрофобные остатки оказываются экранированными от воды, собираются в окончательную компактную структуру. Метод не компьютеризирован и не приложим к белкам, построенным неполностью из а- спиралей.
Ясно, что представление Птицына и Рапзина о механизме самоорганизации белков глобулы может служить лишь 261 Та б ля цани Предсназання втернчмыа сгрунтур аденнлазннназы [!021 56 К. Барри н С. Фрндман (1974 г.) П. Чоу н Г. Фасман (1974 г.) А.В. Фннаелынтейн н О,Б. Птнцын (1971 г.) Б. Робсон н Р.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
