Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.2. Пространственное строение белка (947295), страница 70
Текст из файла (страница 70)
Также не отвечают известным фактам утверждения о доминирующей роли водородных связей в стабилизации а-спиралей и ф-структур и предположение о слабом взаимодействии белковых цепей друг с другом и с пептидным остовом. В правой части табл. И.5 приведены результаты статистической обработки Дж. Рихардсон и Д. Рихардсоном 215 а-спиралей в 45 белках с большим содержанием вторичной структуры 1166, 167). Онн характеризуют встречаемость стандартных аминокислот на трех участках а- спиралей (Х- и С-пептндных концах и промежуточной, центральной части) и на двух трипептидных учасгках, непосредственно предшествующих спиралям и следующих за ними.
В левой части табл. 11.5 указано процентное содержание аминокислотных остатков в 215 спиралях (А), 45 базовых белках (В) и белках позвоночных (С) [168, 169]. Здесь же даны отношения А/В и А/С, отражающие склонность остатков образовывать вторичную структуру. При отсутствии такой тенденции они равны 1.
Величины, превышающие 1, свидетельствуют о предпочтительности соответствующих остатков встраиваться в а-спирали, а величины меньше 1 — избегать их. Учитывая специальный отбор базовых белков, можно было ожидать, что отношение А/В окажется особенно чувствительным к проявлению этой тенденции. Полученные значения А/В обнаруживают незначительные отклонения от 1 (Ы,З). Следовательно, даже в белках с большим содержанием а-спиралей относительное распределение остатков на упорядоченных и неупорядоченных участках близко к случайному.
Как видно из табл. Д.5, оно фактически является таким же и вдоль спиральных последовательностей, а также на инициирующих и разрушающих спирали участках. Лишь остаток Рго склонен, по известной причине, избегать центральные и С-концевые части спиралей, легко встраиваясь в их М-концевые части и смежные фрагменты. Столь же незначительные отклонения от 1 обнаруживают значения А/С, что указывает на близость распределения аминокнслотных остатков в а-спиралях к естественному распределению.
273 Т а б л и ц а 11.5 Остаток Ны 22 2,6 2,1 1,2 1,2 14 1,1 1,1 6 0,8 0,9 22 1,0 1,0 20 0,9 0,9 73 0,8 0.9 35 1,0 1,1 54 1,1 1,2 54 1,2 3,2 40 0,9 0,9 25 0,9 0,9 26 14 42 1ОЗ 3,3 14 24 61 3,4 3,2 30 19 30 136 4,0 3,8 36 51 14 355 6,3 6,9 7,0 32 5,2 6,1 5,6 39 4,7 30 4,5 4,1 185 6.0 6,5 5,4 8! Агр 248 1.ус 8,2 6.5 67 51 318 Пс 4,7 5,1 5,0 40 182 41 50 26 6,2 7,1 60 6,8 16 72 56 Т а б л н ц а 11.5 (окончание) ( От Остаток В Ва-о аяк 4.
3 к<а( 1,0 0,9 38 12 11 17 3,1 0,9 24 8,7 7,7 1 ее 156 25 30 40 4.3 О!а 245 65 30 105 6,8 5,6 6.0 О!о 18 24 10 0,7 0,7 2,4 1,8 Оуг 290 108 23 29 0,8 1,0 87 8,7 О)у 105 114 3.4 39 06 30 7,2 9,0 10,4 26 4! 34 0,8 3,0 Агу 18 20 31 1,0 1,2 1,8 2,2 Мет 10 37 23 0,6 0,6 4,9 4,5 2.9 3871 949 693 994 628 Всего Всгречаемокть амняокнслотвых осгапсов в а-сиирвлях крисгвктографических структур 45 белков Таким образом, а-спирали образуются в трехмерных структурах белков не благодаря наличию у аминокнслотных остатков индивидуальной склонности к данной вторичной структуре (данные табл.
11.5 свидетельствуют о практически индифферентном отношении 19 стандартных аминокислот к а-спиралям), а за счет кооперативного эффекта, возникающего лишь у уникальных последовательностей. Решающая роль принадлежит не отдельным остаткам, а их сочетаниям, Количество последних огромно, и поэтому предсказать их эмпирическим путем не представляется возможным. Нет сомнения, что вывод о способности всех аминокислот входить в а-спиральные фрагменты белковой цепи в той же мере, если не в большей, справедлив в отношении 8-структуры. На отсутствие у аминокислот избирательности к двум альтернативным вторичным структурам указывают также результаты анализа Кэбша и Сандера 62 белков (-10000 остатков), трехмерные структуры которых известны [170, 171].
В исследованных белках были, в частности, обнаружены 25 пентапептидных фрагментов, идентичных по химическому строению, но существенно отличающихся по пространственной структуре. Тс же самые пять аминокислотных остатков у одних белков входят в а-спирали, у других образуют б-складчатые листы, а у третьих составляют различные нерегулярные участки. Подобные примеры не единичны. Так, гексапептидный фрагмент Ча1 — О[п — 1.еп — 11е — Агй — О!у в структуре нейраминидазы [172) имеет а-спиральную конформацню, а белка вируса табачной мозаики [173)— 3-структурную. В различных состояниях (а-спираль и р-складчатый лист) у фосфофруктокиназы [174[ и термолизина [175[ находится еще одна гексапептидная последовательность — Азп — А!а — А1а — 1!е — Агй— Бег (другие примеры см.
[177, 178[). Дж. Лещинский и Г. Раузе [179) возвели в ранг вторичной структуры новое нерегулярное пространственное образование белковой цепи, названное нми П-петлями. Это стало вторым отступлением от данного Полингом н Кори определения вторичной структуры как регулярной, геометрически идентифицированной формы основной цепи на локальном участке аминокислотной последовательности [1, 21.
Первое отступление от классического понятия было сделано Льюисом и Шерагой, которые ввели в категорию вторичной структуры так называемые бизгибы, также не имеющие регулярной формы н определенной геометрии [751. Отнесение 5-изгибов и П-петель к вторичным структурам не согласуется и с классификацией белковых структур Линдерстрем-Ланга на первичную, вторичную и третичную [3).
Если к вторичным структурам относить регулярные и нерегулярные участки основной цепи, теряется смысл в самом этом понятии и, следовательно, в классификации Линдерстрем-Ланга. Дж. Лещинский и Г. Раузе [179) проанализировали 67 белков известной структуры, обладающих 270 П-петлями, т.е. в среднем более четырех на один белок. К ()-петлям авторы отнесли полностью нерегулярные и лишенные 3-изгибов участки белковой цепи протяженностьнэ от 6 до 16 остатков и срасстояннеммеждуХ- н С-концами от 3,7 до 276 Таблица Пб Коэффициенты всгречаемасги 11] пминокнслотнык осилтков в 0-псглпя трехмериыя структур белков 1178] Остаток Остаток 1 Остыак 1,3 1,3 1,3 1,2 1,2 зег 1,2 0 1п 0,9 А1а 0,8 0,9 геа 0,8 Ову Рго Туг Атр Аит Сул О!а Агх Рье 0,9 пе 0,7 ТМ 11 тр 1ув 10 НВ 0,9 Мег 0,7 0,8 Уй 0,6 х гх, Прннечсннс.
с †! 1, и!т остатков тина х в белках х! — кочачсства остатков типа к в О-пстлях; хг — общее количество пг — ковпчесгво оста гкал в О петлях; п, — коли м ство остатков в белках. 10,0 А. По самым скромным подсчетам удовлетворяющие таким требованиям структуры могут принимать от 33 до 3" различных форм основной цепи. Поэтому их предсказание на основе эмпирического подхода исключено.
К этой же мысли подводит и недавно опубликованная работа С. Кинга и соавт. [180), в которой предпринята попытка классифицировать встречающиеся в белках й-петли. Результаты анализа йпетель, проведенного Лещинским и Раузе, интересны, тем не менее, по ряду других причин. Во-первых, авторы [179) показали, что петли представляют собой высококомпактные участки белка, образование которых в процессе свертывания не менее выгодно, чем образование а- спиралей и [3-структур.
Следовательно, широко распространенное мнение об исключительной энергетической выгодности регулярных вторичных структур и наибольшей скорости их формирования при свертывании белковой цепи лишено серьезных оснований. Во-вторых, было установлено, что в подавляющем большинстве случаев петли находятся на поверхности глобул, и играют определяющую роль в функционировании белков и их конформационной подвижности [181, 182). В-третьих, анализ аминокислотного состава й-петель не выявил остатков, наделенных значительной потенцией встраиваться именно в данный вид нерегулярной вторичной структуры. Такое заключение с неизбежностью следует из сопоставления рассчитанных Лещинским и Раузе коэффициентов встречаемости аминокислот в й-петлях [179).
Из табл. П, 6 видно, что отклонения этих коэффициентов от 1 в положительную или отрицательную стороны так невелики, что хорошо коррелируется с данными предшествующей таблицы. Если табл. 11.5 демонстрирует индифферентность аминокислот по отношению к регулярнои вторичной структуре, то табл. 11.6 — по отношению к нерегулярной. И здесь можно прийти к выводу, что присутствие любого иного аминокислотного остатка в а-спирали, р-структуре, р-изгибе, й-петле не есть проявление его имманентных свойств. Выше отмечалось, что в начале 1970-х годов Робсон и Пейн разработали метод предсказания вторичных структур, основанный на теории ннформации [89 — 9Ц. В 1976 г.
работа в этом направлении была про- 277 должена Робсоном и Сузуки [92, 93[. Однако точность предсказания по- прежнему осталась низкой. В конце 1980-х годов к методу Робсона в Пейна вновь вернулись; в результате появились три его варианта: ООК1, ООКИ и ООКИ1 (аббревиатура составлена по первым буквам фамилий авторов [183)). Первый вариант построен на предположении о независимости конформацнонных состояний остатков в трехмерной структуре белка [183[. Во втором варианте — ООКИ, учитываются взаимодействия каждого остатка ! с последующими )+ ш [ш < 8) с помощью так называемых направляющих информационных параметров [184, 185).
Последние рассчитывались по частотам встречаемости пар остатков на участках ! — ! + ш четырех [Н, Е, Т и С) или трех типов структур [Н, Е и (Т+ С)) базовых белков, где Н вЂ” а-спираль, Š— 8- структура, Т вЂ” [3-изгиб и С вЂ” — неупорядоченная конформация. Наивысшим уровнем информации в принципе располагает вариант ООКИ1 [185), поскольку в нем принимаются во внимание взаимодействия 1-того остатка не только с каждым последующим (! + ш), но и с предшествующим [[ — ш), где ш с 8.
Значения соответствующих коэффициентов, названных парными информационными параметрами, как и в предыдущем случае, для четырех и трех конформационных состояний определялись эмпирически. Таким образом, ни один из вариантов метода ООК не учитывает взаимодейсгвий остатков даже на трипептидном участке, а ООК! — и на дипептидном.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
