Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.2. Пространственное строение белка (947295), страница 67
Текст из файла (страница 67)
Пейн (1974 г.) В.И. Лнм (1974 г.) К. Нагано (1974 г.) Д. Котельчук н Г. Шерага (1968 г.) П. Лыжне н Г, Шерага (1970 г.) П. Льюис н Г. Шерага (1971 г.) Л. Бэрмес н соавт. (1974 г.) 70 49 20 28 79 38 13 16 7! 42 82 61 41 52 55 98 !3 16 38 35 54 78 33 27 21 87 качественной иллюстрацией правдоподобного пути самосборки высоко- спиральных белков при непременном условии, что их трехмерные структуры уже известны. Сказанное справедливо и для серии более поздних аналогичных исследований Ф, Коэна и М.
Стернберга (1979— 1983 гг.). В.И. Лим и соавт. в ряде работ (105 — 109) в рамках а-спиральной концепции также придерживаются мнения о том, что спиральное содержание трехмерной структуры нативного белка составляет лишь часть спиралей, предшествовавших на первой стадии свертывания цепи. Главным узловым моментом трактовки механизма формирования пространственного строения белка является предположение о почти сплошном свертывании в начале процесса полнпептидной цепи в попирали (они названы з-спиралями), которые в дальнейшем служат блоками для образования высокоспиральной промежуточной структуры.
Эта структура имеет такую же, как у нативной конформации, топологию белковой цепи. Переход от промежуточного к конечному состоянию представлен простым растяжением некоторых из з-спиралей. Предполагается, что по локальным взаимодействиям з-спираль является самой компактной, сгабильной и наиболее быстро формируемой 262 структурой. Оптимальной для построения высокоспиральной промежуточной структуры считается з-спираль из 10 — 15 остатков. В.И. Лим и соавт. полагают, что именно такая длина отвечает наиболее часто встречающимся в нативных иенформациях белков а-спиралям. Это не совсем так. Согласно статистике Чоу и Фасмана по 19 белкам, чаще щстречаются короткие спирали из 4 — 9 остатков (в 38 случаях из 99); спирали же из 10 — 15 остатков обнаружены в 34 случаях [99].
К такой же картине приводит анализ Р. Сринивансана 23 белков: а-спиральные сегменты из 4 — 9 остатков составляют 44% а-спирального содержания учтенных белков, а из 10 — 15 остатков — 38% [1!О]. Для идентификации спиральных участков в развернутой цепи и их последующей укладки в окончательную структуру Лим и соавторы сформулировали ряд стереохимических правил, выведенных из качественного рассмотрения атомных моделей и интуитивных соображений.
На основе таких правил предсказаны пространственные формы полипептидных цепей четырех белков, трехмерные структуры которых известны. Приведем сопоставление экспериментальных и теоретических данных, касающихся содержания регулярных структур в карбоксипептидазе. В белке содержится 1!3 спиральных остатков, из которых правильно предсказаны 75 при 40 ошибках; в [3-структуры входят 45 остатков, правильно определены 42, неправильно — 21; конформационные состояния остальных остатков не идентифицированы. Подобная точность предсказания имеет место и в других случаях.
В работах Финкелыптейна и Птицына [111 — 115] рассчитаны по способу Льюиса и Шерагн [74] вероятности спирального состояния для аминокислотных остатков развернутых цепей белков известной структуры. Для 35 белков, в нативном состоянии которых наблюдаются 160 а-,спиральных сегментов, предсказано с помощью з и а параметров Зимма и Брэгга приблизительно вдвое большее число спиральных участков.
Например, в денатурированном а-химотрипсине, согласно Финкельштейну и Птицыну, в а-спирали входят 105 остатков, а в иативном белке их не более 20. Предположено также, что при свертывании белковой цепи большая часть спиралей переходит в ]3- структуры и различные нерегулярные формы. Представление об а- спиральном механизме самосборки белков является чисто гипотетическим. Оно не подтверждено количественным анализом и не опирается на эксперимент, который можно было бы трактовать однозначным образом. Например, в качестве подтверждения А,В. Финкельштейн и О.Б.
Птицын ссылаются на работу А. Куммингса и Е. Эйринга [11б] по кинетике перехода спираль — клубок поли-7,-глутаминовой кислоты, в которой приведена консганта скорости образования спирали б 10т с-', и на работу Р. Цала [117], где значение этой константы (- !О" с-') оценено по времени релаксации вращения вокруг связей поливиниловой цепи. Неясно, однако, почему данные по поли-й-глутаминовой кислоте и поливиниловой цепи могут служить обоснованием того, что почти в любой части гетерогенной аминокислотной последовательности а- 263 спираль непременно должна являться самой предпочтительной и наиболее быстро свертываемой структурой. Известно, что гомополипептиды природных аминокислот реализуются в растворе не только в а-спиральной, но и в других регулярных формах при непременном наличии клубкового состояния, т.е.
огромного числа нерегулярных флуктуирующих конформаций. При незначительных изменениях внешних условий равновесие может быть смещено в любую из этих форм. Следовательно, у гомополипептидов а-спираль по своей стабильности отнюдь не является исключительной структурой. Выше отмечалось, что Птицын, Лим, Финкельштейн и другие считают ближние взаимодействия ответственными за образование а- спиралей в развернутой белковой цепи. В связи с этим болыпой интерес представляют структурные исследования олигопептидов, у которых условия формообразования наиболее близки начальной стадии ренатурации белка.
Согласно данным Гудмана и соавт. [118], регулярная форма, например, олигомерного изолейцнна, четко обнаруживается начиная с декапептида, причем она является не а- спиралью, а й-структурой, Между тем Лим н соавт. [107 — 109] относят именно изолейцин к наиболее сильным а-спиралеобразующим остаткам. Олигопептид глутаминовой кислоты, которая не фигурирует в качестве а-спиралеобразующего остатка, напротив, по данным Гудмана, реализуется, начиная с гептамера, в а-спиральной конформации [119]. Р. Эпанд и Г. Шерага [120], Р. Сингхол и М. Атасси [12 Ц, а также Дж. Карелл и соавт.
[122] показали значительное уменьшение спирального содержания у белковых фрагментов, отделенных от основной цепи и лишенных тем самым дальних взаимодействий. Согласно Лиму и соавторам, эффект должен быть обратным. Еще в 1935 г. У. Астберн и С. Дикинсон при рентгеноструктурном исследовании ряда глобулярных белков в денатурированном состоянии не обнаружили признаков а-формы; полученные ими дифракционные картины однозначно свидетельствовали о наличии, наряду с аморфной частью, вытянутой]3-формы, такой же, как в фиброине шелка [123, 124].
Наконец, рассматривая распространенное предположение, что а- спираль у гетерогенной аминокислотной последовательности представляет собой самую компактную структуру, нужно отметить, что в данном случае наибольшей плотностью должны были бы обладать высокоспирализованные белки. Однако это не так. Например. плотность миоглобина и гемоглобина [1,35 и 1,34 г/смз соответственно), состоящих на 75% из а-спиралей, оказывается даже несколько меньше плотности карбоксипептидазы, химотрипсина, рибонуклеазы и стафилококковой нуклеазы (1,39, 1,37, 1,41 н 1,39 г/смз соответственно), имеющих незначительное содержание а-спиралей, которые к тому же очень искажены [125 — 129]. Отсутствие корреляции между спиральным содержанием и плотностью белка следует и из сопоставления значений плотности, полученных Козманом и соавт. [130] из расчета на основе известных координат атомов трехмерных структур, Спиральная концепция самосборки и гипотеза о предсуществовании спиралей в денатурированном белке не следуют из какнх-либо 2б4 физических соображений общего порядка.
Их основой служат лишь результаты предсказания спирального содержания, надежность которого невелика. Можно, однако, понять привлекательность для исследователей, занимающихся разработкой алгоритмов предсказания вторичных структур, предположения о предсуществовании а-спиралей, так как оно в определенной степени примиряет традиционное, лежащее в основе всех поисков эмпирических корреляций представление о белковой структуре как о наборе регулярных вторичных структур с реальными нативными конформациями глобулярных белков, у которых во многих случаях регулярные участки незначительны или вообще отсутствуют [131 — 133].
Ф. Максфилд и Г. Шерага предприняли в 1976 г. еще одну попытку разработать алгоритм предсказания, который мог бы дать ограниченный набор начальных конформаций белковой цепи, а минимизация последних привела бы к правильной трехмерной структуре макромолекулы [134]. Новый алгоритм, выведенный из статистического анализа 20 белков известной структуры, позволяет предсказывать для каждого остатка пять конформационных состояний в областях правой а-спирали, ])-структуры, левой а-спирали и двух промежуточных областях. В нем учитываются внутриостаточные взаимодействия, а также (косвенным образом) парные взаимодействия данного остатка с четырьмя предшествующими остатками.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
