Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.2. Пространственное строение белка (947295), страница 73
Текст из файла (страница 73)
Следовательно, выбор гомополипептида для описания строго детерминированного процесса свертывания белковой цепи в конформационную стабильную трехмерную структуру нельзя признать удачным для подтверждения высказанных положений. Сомнителен также введенный автором принцип "внугренней организации участков аминокислотной последовательности, эквндисгантных в отношении середины цепи" 1191. С. 2001, согласно которому центр всей последовательности и центры участков при последующем кратном делении цепи наделяются свойствами, не имеющими ничего общего с реальными конформационными свойсгвами как искусственных гомополипептидов, так и эволюционно отобранных аминокислотных последовательностей. В другом исследовании Птицын развивает тезис об отсутствии зависимости пространственного строения белка от его химического строения и ставит под сомнение эволюционный путь развития белковых молекул.
Так, он пишет: "П1ироко распространено убеждение, что уникальная первичная структура данного белка совершенно необходима для сворачивания в определенную пространственную структуру и для его функции и является результатом направленного отбора в ходе 285 Таблица П9 Солержание некоторых аминокислотных остатков а бенках, % Белок АЧЫ.уг Аз!н.ОЬн- Оуг Зигчтьг еАги+О! и 28,0 10,0 24,7 25,4 16,0 7,0 1,4 8 17,7 5,5 26,4 17,2 Пенсии 3,5 4,0 0 11,8 0 10,0 22,0 21,5 8,0 7,3 10,5 7,0 Химсчрииоо клен Ыиоглобин Инсулин Гистон Панкреатический триосииовый нигибитор Прстеазный ингибюор Баумеиа — Бирк 8-Лилочропин Белки прокарнст 20,0 9,8 16,9 15,5 0 1,0 2,1 2,5 3,0 15,7 19,9 19,0 20,2 20,3 16,0 10,7 10,5 ! 1,4 10,7 9,8 11,9 14,9 12,6 13,6 вирусов позвоночных человека биологической эволюции. В статье представлены аргументы в пользу альтернативной точки зрения, согласно которой типичные пространственные структуры глобулярнь!х белков характерны уже для случайных последовательностей амннокислотных остатков.
Поэтому возможно, что первичные структуры белков — в основном просто примеры случайных аминокислотных последовательностей, лишь слегка отредактированных в ходе биологической эволюции для придания нм дополнительного функционального смысла" 1192. С. 5741. Зта мысль развивается О.Б, Птицыным н М.В. Волькенштейном также в работе 1193]. Вывод о том, что белки представляют собой случайные аминокислотные последовательности и не требуют эволюционного отбора, обосновывается тем обстоятельством, что усреднение по первичным структурам белков практически не дает статистически достоверных отличий от случайного распределения аминокислотных остатков и их групп вдоль цели. Зто главный и по существу единственный аргумент Птицына для отрицания отмеченного выше фундаментального положения молекулярной биологии.
Необходимо, однако, сказать, что обоснование сделанного вывода не вполне корректно, поскольку заключение о характере распределения остатков следует из анализа ограниченного экспериментального материала, что не дает права распространять его на все белки. Но зто не главное. Даже если в усредненной первичной структуре распределение действительно не отличается от случайного, то отсюда еще не следует, что случайна последовательность каждого конкретного белка. О том, что усредненные характеристики белков не имеют ясного физического смысла, уже говорилось.
Сказанное можно дополнительно проиллюстрировать данными табл. 11.9, в которой приведено содержание некоторых аминокислотных 286 остатков в ряде белков, сопоставленное с усредненным содержанием тех же остатков в белках прокариот, вирусов, позвоночных и человека [194]. Из табл.
П,9 видно, что даже аминокнслотный состав, не говоря уже о порядке расположения остатков и длине цепи, достаточно специфичен для белков. Вывод о случайности химического строения белков не отвечает действительной их структурной организации. Противоречит он также структурно-функциональной и эволюционной организации белковых молекул. Созданию функциональных белков предшествовало, по мнению Птицына, появление сложных аминокислотных последовательностей случайного состава и поначалу, т.е, до "редактирования", биологически бесполезных.
Как известно, белки не воспроизводят самих себя. Поэтому для появления "протяженной кооперативной структуры" необходимо предположить существование готового генетического аппарата. Так как он синтезирует случайные и функционально неспецифические аминокислотные последовательности, непонятно, каким образом и почему он возник. Но даже такой, неведомо как н зачем возникший генетический аппарат, имеющий, как и "протяженные кооперативные структуры", случайную последовательность нуклеотидов, не может не только функционировать, но и быть созданным без участия огромного количества вьюокоспецифичных белков. Автор отказывает белкам в эволюции [192].
Очевидно, точно также следует поступить и по отношению к генетическому аппарату, их производящему. Если следовать такой логике, то это ведет уже к отрицанию эволюции органического мира вообще, поскольку в основе эволюционного развития любого организма лежит изменение его генов, т.е. программы синтезируемых белков.
8.4. КОМПЬЮТЕРНОЕ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ СВЕРТЫВАНИЯ БЕЛКОВОЙ ЦЕПИ Во второй половине 1970-х годов наряду с развитием уже рассмотренных методов моделирования свертывания белковой цепи начинает разрабатываться иной подход к решению этой проблемы. Цель его заключается в автоматическом воспроизведении процесса структурной самоорганизации белковой молекулы на основе методов конформационного анализа и минимизации энергии с использованием ЭВМ. Первая попытка воспроизведения с помощью ЭВМ свертывания белковой цепи была предпринята в 1975 г. М.
Левиттом и А. Уоршелом [152]. Цель этой работы состояла, однако, не в изучении механизма сборки белковой молекулы, а лишь в выяснении возможности спонтанного свертывания сильно упрощенной модели аминокислотной последовательности в компактную глобулярную форму. Авторы представили белковую цепь в виде последовательности, в которой каждый остаток аппроксимирован двумя центрами; атомом С' и боковой цепью в виде сферы с радиусом, равным среднему радиусу вращения соответствующей атомной группы. В такой буснничной с шаровыми подвесками 287 модели остаток имеет только одну степень свободы — торсионный угол вращения относительно виртуальной связи, соединяющей два соседних атома С (а,).
Предполагается, что взаимодействия возможны только между сферами боковых цепей, а атомы С' определяют лишь контур пептидного остова. Со столь упрощенным описанием геометрии белковой цепи соизмерима и степень приближенности учета внутримолекулярных взаимодействий. При энергетической оценке предполагалось, что белковая цепь состоит не из 20 аминокнслотных остатков, а нз трех: А!а, О1у в Рго. Потенциалы вращения вокруг виртуальных связей С' — С' были получены путем усреднения энергии по всем конформациям дипептидов А1а — А1а, А1а — О!у, А1а — Рго, О!у — О)у, О)у — А1а и Рго — А1а. Принято, что каждый потенциал зависит только от природы второй аминокислоты. Для остатков Азр и Азп использован потенциал, найденный для О!у, а для остальных остатков, кроме Рго, — потенциал А!а.
Выбор одинаковых потенциалов для Азр, Азп и О!у обоснован тем обстоятельством, что эти остатки часто встречаются в поворотах цепи. Таков же уровень обосновании в других случаях. Эффективный потенциал взаимодействия между двумя одинаковыми боковыми цепями А1а, О(у и Рго рассчитывался по функции типа Леннарда — Джонсона как сумма энергии взаимодействий всех атомов в одной сфере с атомами в другой.
Потенциалы взаимодейсгвий между разноименными боковыми цепями получены из среднегеомстрического комбинационного правила. Свертывание модели определялось путем решения уравнений молекулярной динамики, а влияние окружающей среды учитывалось введением специальной энергетической составляющей гидрофобных взаимодействий. Последние оценивались по данным растворимости аминокислот в воде и зтаноле.
Описанный метод был апробирован Левиттом и Уоршелом для расчета пространственной структуры бычьего панкреатнческого трипсинового ингибитора. Белок, состоящий из 900 атомов и имеющий 319 конформационных степеней свободы (двухгранные углы вращения ~р, Ф, ы и )(), был представлен бусиничной моделью из !!0 обобщенных "атомов", обладающей 57 степенями свободы (углы а). Для минимизации энергии такой системы при вариации углов а выбраны следующие три начальных приближения: полностью собранная натнвная конформация белка, развернутая цепь с фиксированным С-концевым а-спиральным фрагментом (остатки 48 — 58) и полностью развернутая цепь.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
