Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.2. Пространственное строение белка (947295), страница 72
Текст из файла (страница 72)
Цель следующей работы Бэржеса и Шераги как раз и заключалась в выяснении перспективы эмпирического подхода к предсказанию конечной структуры и поиску механизма свертывания белковой цепи. В качестве тест-объекта была выбрана молекула бычьего панкреатического трипсинового ингибнтора (БПТИ). Проанализировав существующие алгоритмы предсказания (Чоу и Фасмана, Шераги и соавторов, Робсона и Пейна, Лима), Бэджсс и Шерага констатировали, что ни один из них не может быть использован для достижения поставленной цели.
Тогда они переводят свою задачу в гипотетическую область и ведут поиск ее решения с идеальным алгоритмом предсказания, На основе известной кристаллографической структуры БПТИ, а не с помощью эмпирических корреляций, авторы относят 58 аминокислотных остатков белка к пяти конформационным состояниям (ая, аы е, Са, Сь), отвечающим экспериментальным данным и низкоэнергетическим областям потенциальной поверхности конформационной карты ~р — ф.
Каждому состоянию они приписывают усредненные ло известным кристаллографическим структурам восьми белков соответствующие значения углов д, $. Двухгранные углы боковых цепей 0() были взяты с округлением до 5' 282 из ренттеноструктурных данных БПТИ, Вопреки ожиданию, оказалось, что построенная таким образом трехмерная структура даже отдаленно як напоминает нативную конформацию белка. Ситуация не улучшилась и при минимизации энергии с учетом невалентных, электростатических и торсионных взаимодействий и водородных связей.
Сравнение контурных карт расстояний между атомами С модельной и опытной конформаций показывает, что в собранной с помощью идеального алгоритма и проминимизированной трехмерной структуре белка отсутствуют все характерные особенности нативной структуры: удалены друг от друга образующие между собой дисульфидные связи цистеиновые остатки, практически нет намеков на вторичные структуры, не воспроизводится глобулярная форма молекулы трипсинового ингибитора. Были введены дополнительные ограничительные условия, облегчающие приближение модельной структуры к иативной конформации.
Однако ни учет реализуемой в белке системы дисульфидных связей (5 — 55, 14 — 38, 30 — %1), ни введение алгоритма сближения соответствующих остатков Сух, ни включение в расчет специальной функции, имитируклцей стремление неполярных остатков иказаться внутри глобулы, а полярных выйти наружу, ничто не помогло получить пространственную форму белка, близкую к нативной.
Конечно, можно было бы еще ужесточить условия и добиться совпадения. Однако это не имело бы значения, поскольку не повлияло бы на окончательный вывод о невозможности даже в случае 100%-ного правильного предсказания конформационных состояний остатков получить структуру, отдаленно напоминающую реальный белок. Причину неудачного описания структуры белка Бэржес и Шерага увидели лишь в несовершенстве расчетной процедуры, которая, по их мнению, учитывала только внутриостаточные и ближние взаимодействия. Поэтому был сделан вывод, что полученные результаты свидетельствуют о необходимости дополнить схему предсказания учетом средних и дальних взаимодействий. А.
Бэржес и Г. Шерага [1391. как и авторы предыдущей работы ~190], не правы, утверждая, что в расчете белка полностью игноривавались межостаточные взаимодействия среднего и дальнего порядка. В действительности эти взаимодействия в неявном виде входили в расчетную модель благодаря отнесению геометрии всех аминокиспотных остатков полипептидной цепи БПТИ к нативным конформационным состояниям, являющимся конечным результатом воздействия суммарного эффекта внутриостаточных и всех межостаточных контактов.
В силу использования процедур, основу которых составляет главным образом экспериментальная информация о наблюдаемых трехмерных структурах белков, результаты исследований в принципе не могут претендовать на дифференцированное отражение внутримолекулярных невалентных контактов. Таким образом, вопрос о функциоиапьном назначении внутриосгаточных и межостаточных взаимодействий в структурной организации белковой глобулы остается без ответа потому, что он по существу не рассматривался. При анализе свертывания белковой цепи на основе концепции регу- 283 лярных вторичных структур не учитываются экспериментальные дан.
ные о реальном механизме самоорганизации глобулы, Иллюстрацией такого рода моделирования может служить работа Птицына и Рашина по сборке молекул апомиоглобина [104[. Авторы использовали модель полипептидной цепи, в которой до начала манипуляций с ней были заданы в виде цилиндров все а-спирали наблюдаемой нативной конформации белка. Задача сводилась к тому, чтобы, зная реальную струк. туру молекулы, упаковать заданные цилиндры различными способами я оценить энергию их взаимодействия. Расчет велся вручную, поэтому не были учтены все возможные структурные варианты (их миллионы) Найденное взаимное расположение спиралей, имеющее минимальную свободную энергию, совпало с нативной конформацией апомиоглобина.
Однако нельзя с уверенностью говорить о том, что в результате данного исследования стала ясна функция дальних взаимодействий в структурной организации белка, поскольку в состав наперед заданных а-спиралей входит не менее 75% остатков аминокислотной последовательности, В качестве примера моделирования свертывания белковой цепи через вторичные структуры остановимся на двух исследованиях Птицына, типичных по своей постановке, аргументации и другим качествам для работ такого плана [191, 192). В первом исследовании (" Белковое свертывание: общая физическая модель") нативная конформация белковой молекулы представлена как "определенный вид упаковки структурных сегментов (а-спирали и р-структуры)".
Главным фактором, стабилизирующим регулярные участки, считаются пептидные водородные связи, ие зависящие от природы и порядка расположения аминокислот в цепи. Контакты между а-спиралями и р-структурами в нативной конформации осуществляются за счет гидрофобных взаимодействий неполярных боковых цепей, скрытых от воды. Предлагаемая автором модель белкового свертывания не может считаться общей, поскольку имеет отношение к небольшой группе белков, состоящих преимущественно из а-спиралей или р-структур, Стабилизация супервторичных структур, как предполагает Птицын, не определяется конкретной аминокислотной последовательностью, а представляет собой некий интегрально-статистический эффект, чувствительный лишь к общей контактной гидрофобной поверхности.
Оставляя это положение без какой-либо аргументации, автор формулирует "общую гипотезу направленного механизма белкового свертывания". Сущность гипотезы заключается в предположении, что "узнавание регулярных сегментов определяется не деталями аминокнслотной последовательности, а взаимной локализацией этих сегментов в линейной полипептидной цепи" [191. С. 197). Постулнровав, по существу, независимость супервторичных структур от химического строения белков, автор таким образом свел проблему спонтанной сборки иативных конформаций к выработке геометрических критериев самоассоциации регулярных сегментов. Тем самым "общая физическая модель" белкового свертывания на самом деле оказалась не только не общей, но и нс физической. Стадия взаимодействия вторичных структур следует за 284 стадией их образования. Значит, до выработки геометрических критериев упаковки вторичных и супервторичных структур необходима идентификация а-спиралей и б-структур, описание процессов их инициации, развития и терминации.
Эти задачи в работе предполагаются решенными, что, как известно, нс соответствует действительности. Модель Птицына описывает не весь процесс белкового свертывания, а лишь упаковку вторичных структур, т.е. завершающую стадию, быть может, не отвечающую соответствующей стадии реального механизма самоорганизации.
Следует также отметить несовместимость предложенной модели с одним из постулнруемых в этой же работе положений. Так, автор, рассматривая вопрос об идентификации а-спиралей и бструктур, исходит из существования корреляций между вторичными структурами и аминокислотной последовательностью, а обсуждая образование нз них супервторичных структур, утверждает отсутствие таких корреляций. В основу поиска геометрических критериев упаковки вторичных структур Птицыным положена простейшая полипептидная цепь — гомополимер из аминокислот с гидрофобными боковыми группами.
Предполагается, что такая цепь в водном окружении обладает вторичными структурами, стабилизированными пептидными водородными связями, и третнчной структурой, стабилизированной гидрофобными взаимодействиями боковых групп вторичных структур. Реальное поведение гомополипептидов в растворе, однако, не дает оснований для подобных предположений 1!59Ь Молекулы гомополипептидов, как и молекулы практически всех искусственных полимеров, имеют огромное количество близких по энергии непрерывно флуктуирующих в растворе свернутых форм, среди которых могут быть линейно регулярные, В отличие от белков здесь не возникает самой простой проблемы поиска геометрии глобальной структуры; все свойства синтетических полнпептидов обусловлены их статической природой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
