Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.2. Пространственное строение белка (947295), страница 71
Текст из файла (страница 71)
Варианты ООКИ и ООК1И исходят из более совершенных, чем ООК1, моделей, как будто бы позволяющих оценить, правда, в строго аддитивном приближении, влияние взаимодействий двух недалеко отстоящих друг от друга остатков. Однако такая оценка имеет в значительной мере формальный харакгер.
Несмотря на безупречность математической стороны моделей Робсона, все они лишены физического смысла, поскольку, во-первых, не отражают реальной структурной организации белковых молекул, где взаимодействия не аддитивны, а кооператнвны, и, во-вторых, не опираются на необходимый для корректного учета тех же аддитивных парных взаимодействий объем экспериментального материала. Даже при справедливости моделей ООКИ и ООКИ!, получение достоверных статистических данных о взаимообусловленности конформационнык состояний только двух остатков требует набор базовых белков по крайней мере на 2 — 3 порядка больший использованного. Несовершенство метода ООК наглядно демонстрирует табл.
И,7. Точность предсказательных алгоритмов приблизительно одинаково низка во всех вариантах и не зависит от количества базовых белков. Во всех случаях качество предсказания несколько выше, когда выбор делается из трех состояний, Однако при этом возрастает неопределенносгь самого предсказания. Реальная точность ниже, чем может показаться из приведенных в табл, И.7 средних значений, из-за очень большого разброса. Так, при средней точности варианта ООКИ 46,5% [четыре сосгояния) у ферродоксина правильно предсказаны 22,2% остатков, цитохрома с — 34,0%, цепи А инсулина — 4,8%.
В случае бОКИ! [5 1,9%; четыре состояния) структура глюкагона правильно иден- 278 Таблица И.7 Достоверность предсказании трех вариантов метода СОК П83-185) Базовые канные Качество прсасказання(ц),.е Вариант алгоргггма Качнчсство белков Количество остатков Четыре октавия Три состояния 49,0 46,1 42,6 -4500 8898 9472 25 51 55 56,0 54,7 56,0 СОН! 51 55 75 8898 9472 -!2600 46,! 46,7 46,5 53,8 57,7 56,9 СОКИ !!237 !2433 63,0 61,7 СОНИ! 68 74 51,9 ЛРННЕЧанмс КаЧССтяп ПРСЛСКаэаина 9 = Рг„/П, Гае Р, — КОЛНЧЕСтнп ПРаВИЯЬНО ПРСЛСКатапНЫК остатков в состоянии з; и — общее коли метко остатков в иклславатсвьггосгн Таблица И8 Сравнение вредсказателаимк возможностей методов идентификации а-спиралей [186) Показатель качества прелсказання Авторьг метода оз 0,65 0,7! 0,67 0,79 0,7! 0,23 0,36 П.
г!оу и Г. Фасмаи [99) Дгк. Гарнье, Д. Осгугори и Б. Робсон [!83) Н. Канал и Т. Седжиовский [187) Д. Киеллер, Ф. Коэн и Р. Лангрцдж [188) С. Преселл, Б, Коэн и Ф. Коэн [186) 0,55 0,36 тифицирована на !7,2%, крамбина — 37,0%, цепи А инсулина — 9,5% [) 85). В последние годы интерес к поиску простых статистических корреляций между амииокислотной последовательностью и вторичными структурами не ослабевает. По-прежнему предпринимаются попытки создать новые методы предсказания, усовершенствовать предложенные ранее, реанимировать забытые.
Принципиальных изменений в развитии этого направления, однако, не происходит. Неизменной на протяжении трех десятилетий остается стратегия поиска, покоящаяся на вере в возможность эмпирическим путем и на основе вторичных структур решить одну из фундаментальнь!х проблем молекулярной биологии. О практических результатах развития этой области за последнее время можно судить, например, по данным табл.
И.К, заимствованнои из работы С. Преселла, Б. Коэна и Ф. Коэна, предложивших еще один статистический метод предсказания вторичных структур и сравнивших его с другими, наиболее известными методами, разработанными после )974 г. [[Вб[. Одним из критериев качества предсказания спиральных остатков авторами выбран показатель Оз, который, как отмечено 279 выше, переоценивает возможность корреляционных методов [186]. Так, точность алгоритма Дж. Гарнье и соавт. [ООК!), выраженная через Оз, составляет 0,71 [183]. Между тем как сами авторы алгоритма ООЯ1 справедливо полагая, что "Простейшим и самым надежным показателем предсказательной возможности метода является относительное содержание правильно предсказанных остатков, ц..." [185.
С. 425], оценивают его точность около 50% [табл. 11.7) Небольшую точность предсказания имеют и другие, представленные в табл. 11.8, алгоритмы согласно второму критерию качества — показателю С, который при совершенном предсказании равен 1, а при беспорядочном — О. Таким образом, можно сделать вывод об отсутствии за последние три десятилетия заметного. прогресса в развитии эмпирического подхода к идентификации вторичных структур.
8.3. МОДЕЛИРОВАНИЕ СВЕРТЫВАНИЯ БЕЛКОВОЙ ЦЕПИ НА ОСНОВЕ ВТОРИЧНЫХ СТРУКТУР Анализ механизма свертывания полипептидной цепи белков с использованием эмпирических корреляций между аминокислотной последовательностью и вторичными структурами впервые был выполнен Льюисом, Шерагой и соавт. [74, 75, 78]. Идеи этого метода нашли отражение в работах Птицына [79], Денисюка и соавт. [8Ц, Лима и соавт. [105 — 109], Финкельштейна и Птицына [111 — 115] и в ряде других исследований [напрнмер [103, 104, 110]), рассмотренных в разделе 6,1. Следующий шаг в развитии работ этого направления был сделан Немети и Шерагой [138].
Невалентные взаимодействия в белковой глобуле они разделили на внутриостаточные и межостаточные, а последние подразделили на взаимодействия ближнего порядка, к которым отнесли взаимодействия данного остатка с четырьмя предшествующими и четырьмя последующими в цепи остатками 1. [и с и 1 4), взаимодействия среднего порядка (и с и + 5 — 20) и дальнего порядка [и с и + > 20). Новым для теоретического анализа процесса свертывания белковой цепи и выбора соответствующей физической модели явился вопрос о функциях отмеченных видов невалентных взаимодействий в структурной организации белковой молекулы. Вот как эти функции оценивают Неметн и Шерага: "Методы, используемые для получения приближенной структуры [т.е.
такой, которая соответствовала бы минимуму потенциальной энергии натнвного глобулярного белка), основываются на положении о том, что конформация остатка в белке определяется главным образом [но не исключительно) внутриостаточными взаимодействиями [Котельчук и Шерага [71, 72]; Финкельшгейн и Птицын [73], Шерага [189]) н принимает свое нативное состояние под влиянием ближних, средних и дальних взаимодействий (П. Поннусвами, П. Варме и Г, Шерага [!90]; А. Бэржес и Г.
Шерага [139])". И далее авторы пояснянгг, "...внутрностаточные взаимодействия играют доминирую- 280 »цую роль в определении конформационных состояний о статков белка. В то же время ближние, средние и дальние взанмодейств~ я определяют действительные значения <р и $, которые каждый остаъ, Ок принимает, ие выходя за пределы своего конформационного состоял „ Ия, и посредст- вом которых точно описывается окончательная трехме)» „ ная структура свернутой полипептидной цепи (Бэржеси Шерага (139])" (138 С 340] Г. Немети и Г.
Шерага считают внутриостаточные в э аимодейсгвия ответственными за конформационное состояние остатки ч, т.е, за выбор низкоэнергетической области потенциальной поверху ',' сти <р — ф, При этом они ссылаются на результаты исследования Коте»», Ьчука и Шера- ги, об ошибочности которых уже говорилось (раздел 8. () аким о ра- зом, вопрос о функции взаимодействий между валентно, несвязанными атомами боковой и основной цепей одного остатка в пр, Одессе сверты- вания белка и в стабилизации его нативной конформаь, -(ни нельзя счи- тать решенным.
Роль ближних межостаточных взаимодействий, т.е. н заимодействий центрального остатка в нонапептиде, изучалась Поннуь вами, Варме и Шерагой при анализе лизоцима [190]. Аминокислотная ц оследователь- иосгь белка была разбита на 14 участков, по девять о статков в каж- дом. На одном участке при сохранении центральног о остатка (и) выделялись три-, пента-, гепта- и нонапептидные фрагмв нты. Для каж- дого из них строились конформационные карты <р„— у, „, из которых определялись нулевые приближения для последующей минимизации энергии при вариации только у и-го остатка двухгранньп1 и )(э ГеометРические паРаметРы всех дРУгих остатков фР „„, в и+1 пй2, п13 и п14 жестко фиксировались при значения» , найденных в кристаллографи вской структуре лизоцима.
В результаз е ыли опреде- лены оптимальные конформационнью состояния центрд льного остатка (ф, ф, )(ь )(з) и значения энергии отвечающих им про странственных форм три-, пента-, гепта- и нонапептидного фрагмент, в в каждом из 14 вьщеленных участков белка. При сравнении расчет тных данных с экспериментальными оказалось, что конформационные состояния всех и — х остатков в нативной структуре лизоцима соответс».„ вуют наиболее ОтастстВУющих предпочтительным по энергии оптимальным формам со, свободных' олигопептидов. В 11 случаях из рассмотре»,,х 14 „ злых 14 наблю- даемые в нативном белке состояния и — х остатков полн, стью отвечали их глобальным формам в соответствующих нонапеитндд Х, где они зани- мали центральное положение. Был сделан вывод о то»ч,' , что внутриос- таточные взаимодействия определяют возможные для О мационные состояния.
Только из этих состояний взаимо» го остатка с четырьмя предшествующими и четырьмя, последующими остатками (ближние взаимодействия, по классификацн»» Намети и Ше Раги) выбиРают единственнУю конформацию, котораЯ Н „ал з етс в нативной структуре белка.
Средние и дальние взанмодьй йствия, по мне- нию авторов, не играют существенной роли (190] Их ф н 3 чается в дополнительной стабилизации уже детерминирав „ ванного состоя- ниЯ Оста а Сдечанные вь!Водьь дн' О, нельзЯ ПРизнать КО е тзнать коррект- 281 ными, так как фиксация в рассмотренных фрагментах всех остатков (за исключением центрального) в нативных конформационных состояниях есть не что иное, как неявный, но эффективный учет средних а дальних взаимодействий, Так как в работе Поннусвами, Варме а Шераги различные виды невалентных взаимодействий так и остались неразделенными и, по существу, анализировался их интегральный эф.
фект, то эта работа, как и работа Котельчука и Шераги, также не решила поставленной задачи о функциях в свертывании белковой цепи внутриостаточных и межостаточных взаимодействий. Рассмотрим теперь работу Бэржеса и Шераги, постановка которой, по-видимому, была обусловлена результатами только что обсужденного исследования и сделанным в нем заключением о второстепенном значении средних и дальних взаимодействий по сравнению с внутриостаточными и ближними [139). При традиционном представлении пространственного строения глобулярных белков в виде набора вторичных структур неизбежно стремление упростить анализ межостаточных взаимодействий, а еще лучше избежать его.
Это вызвано, как отмечалось (раздел 8Л), принципиальной невозможностью в рамках эмпирического подхода учесть роль таких взаимодействий в свертывании белковой цепи и оценить их вклад в стабилизацию нативной структуры. В связи с чем выводы работы Поннусвами, Варме и Шераги должны были быть с удовлетворением восприняты всеми исследователями, разрабатывающими предсказательные алгоритмы (!90). Подкрепленное расчетной процедурой утверждение трех авторов о доминирующем значении внутри- остаточных взаимодействий и подчиненной роли взаимодействий даже между соседними по цепи остатками казалось весомым и вселяло надежду на возможность обойти проблему множественности минимумов потенциальной поверхности использованием предсказательных алгоритмов для получения приближенной структуры,минимизациякоторой приведет к нативной конформации белка.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
