Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.2. Пространственное строение белка (947295), страница 80

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 80)

Их возникновение объясняется энергетической предпочтительностью или предпочтительносгью в отношении кинетики процесса свертывания белка. Далее, между 0-структурами а-химотрипснна осуществляются 3!2 избирательные взаимодействия, которые приводят к формированию доменов, являющихся самыми крупными элементами свертывания белка. Их ассоциация создает окончательную трехмерную структуру, По Шульцу н Ширмеру, топология конформации а-химотрипсина представляется в виде двух цилиндрических образований из р-структур (рис. 11.8) [157[. Каждый цилиндр имеет приближенную внутреннюю симметрию группы Сз„. Создающая цилиндр полипептидная цепь изгибается только в определенных местах и регулярна на всех локальных участках.

Модель белковой молекулы, внешне созданная из [3-структур, супервторичных структур и доменов, ничего общего не имеет с моделью, построенной на основе экспериментальных данных (рис. П,7), а цилиндрические домены 1 и 1! лишь отдаленно напоминают пространственное строение соответствующих фрагментов нативной конформации а-химотрипсина.

Но дело, конечно, не во внешнем сходстве. Важно, чтобы гипотетическая модель правильно передавала суть наблюдаемой структуры и отражала основные ее особенности, Однако и в этом отношении между сравниваемыми структурами практически нет ничего общего. Согласно экспериментальным данным, у а-химотрипсина имеется 14 8-структурных участков, а на постройку цилиндров нужно только 12. Две [3-структуры не обнаруживаются в гипотетической модели. Кроме того, в ней отсутствуют даже а-спирали, так как а-химотрипснн был включен в группу [3-белков, которым они не характерны. Рассмотренный пример не является исключением.

Так, С-концевой полипептид папаина нз 110 остатков, представляющий собой достаточно автономную область трехмерной структуры, был отнесен, как и а-химотрипсин, к [3-структурным белкам [157). Следовательно, формирование его конформации должно проходить в принципе так же, как у рассмотренного фермента. Но С-концевой домен папаина содержит лишь восемь 8-структурных остатков и приходится описывать весь процесс укладки, не воспользовавшись другими 102 остатками, в том числе 11 а-спиральными. Еще один пример.

Инсулин причислен к а-структурной группе [157[. Поэтому при сборке его структуры не замечается уже 8-структурный участок. Принципиальный недостаток схемы уровней структурной организации глобулярных белков Шульца и Ширмера заключается в том, что в ней не учитывается существование нерегулярных участков полипептидной цепи, иными словами, сборка третичной структуры представляется только путем ассоциации вторичных н супервторичных структур и состоящих из них доменов.

И такое представление не претерпело каких-либо изменений и остается общепринятым и сегодня. В 1989 г., т.е, спустя десять лет после выхода в свет монографии Г. Шульца и Р. Ширмера, Г. Фасман писал: ", стало очевидно, что третичное свертывание определяется главным образом упаковкой а-спиралей и/или [)-структур...

Супервторичные структуры являются главными компонентами доменов, которые, будучи собранными. составляют трехмерные конформации белков " [238. С. 236!. Если речь идет о свертывании гетерогенной аминокнслотной по- 313 следовательности, нет оснований разделять полипептидную цепь на регулярные и нерегулярные участки, противопоставлять друг другу их конформационные свойства н отводить нерегулярным участкам второстепенную роль в организации трехмерной структуры, полагая, что они в чем-то (например, в скорости свертывания или стабильности) всегда уступают так называемым регулярным участкам. Поэтому классификация гетерогенных белковых фрагментов на регулярные и нерегулярные, с моей точки зрения, нецелесообразна.

Такое разделение разрушает естественную гармонию сложной сети тонких внутри- молекулярных взаимодействий и не адекватно с физической точки зрения как реальной картине сил, стабилизирующих нативную конформацию, так и эволюционно отобранному спонтанному механизму сборки аминокислотной последовательности. Отделение регулярных участков от нерегулярных, забвение последних, идеализация первых и последующая манипуляция только с ними создают ложное представление о возможности упрощения проблемы и о якобы открывающемся в этой связи подходе к ее решению. Концепция о доминирующем значении регулярных вторичных структур (начало 1950-х годов) и супервторичных структур (начало 1970-х годов) никогда не была подкреплена ни строгим доказательством, ни даже просто убедительными доводами, К последним трудно отнести утверждение об особой роли в стабилизации структуры белка пептидных водородных связей, если учесть имен>щнеся экспериментальные данные и принять во внимание то обстоятельство, что свертывание белковой цепи происходит в водной среде.

Несостоятельность схемы Шульца н Ширмера заключается не только в том, что в ней не учитывается значительная доля аминокислотных остатков в создании белковой структуры. Конечно, трудно, но можно было бы объяснить (привлекая, например, в качестве аналогии кристаллизацию перенасыщенного раствора под действием затравки), почему ответственными за построение нативной конформации, в частности ахимотрипсина, являются лишь 27% остатков, а С-концевого домена лапанна и того меньше — только 7%. Однако рассматриваемые концепция н схема остались бы столь же ошибочными, даже если увеличить содержание вторичных структур в несколько раз, В обоих случаях основополагающим является предположение, что вторичные структуры энергетически более предпочтительны и их образование и последующее образование из них более сложных структур должны всегда быть опережающими по сравнению с образованием всех других форм. Именно по этой причине нерегулярные участки белка не нашли себе места в схеме Шульца и Ширмера.

Такое предположение неправильно по отношению к а-спиралям и еще в большей степени к б-структурам. Расчеты показали, что р-тяжи не являются стабильными образованиями в создании Д-складчатых листов н р-супсрвторнчных структур и играют пассивную или второстепенную роль. Активную функцию выполняет промежуточный нерегулярный у'исток, который сближает два флуктуирующих фрагмента цели, имеющих склонность к образованию вытянутых форм. Этот учасгок 314 является конформационно более жестким и энергетически более предпочтительным, чем р-тяжи, и, следовательно, имеет большую скорость формообразования.

Игнорирование в структурной организации нерегулярных участков неправильно также с термодинамической точки зрения. Концепция вторичных структур и схема Шульца и Ширмера не выдерживают и кинетической проверки. Расстояние между вторичными структурами (супервторичными структурами и доменами) в белках часто бывает столь большим, что объяснить их сближенность и сборку всей конформации белка за приемлемый в биологической шкале времени период можно только допустив образование промежуточных конформационно жестких нерегулярнь|х областей.

Пространственное строение глобулярных белков иррегулярно, поскольку отсутствует гомогенность в его химическом строении. Химическая гетерогенность белковой последовательности определяется расположением боковых цепей. Взаимодействия боковых цепей друг с другом и с пептидными группами в силу их многочисленности превалируют над взаимодействиями элементов основной цепи, и поэтому они могут определять выбор структуры последней из представительного набора приемлемых для нее конформационных состояний, некоторые из которых близки к регулярным.

Следовательно, реализуемая пространственная структура белковой молекулы есть результат сложения неодинаковых по своему воздействию на процесс структурообразования сил,как правило, более мощных сил взаимодействия нерегулярно расположенных в последовательности и обладающих большой конформационной свободой боковых цепей и более слабых сил взаимодействия элементов регулярной полипептидной цепи. Убедительным подтверждением именно такого соотношения между энергетическими вкладами боковых заместителей и пептидного остова в стабилизацию структуры белка служит прежде всего факт огромного конформационного разнообразия белковых молекул, имеющих одинаковую основную цепь и разное расположение стандартных боковых цепей. Утверждение о том, что за укладку боковой цепи в нативную конформацию ответственны только вторичные и супервторичные структуры, а остальная часть пассивна в этом процессе и лишь обеспечивает взаимодействия регулярных участков или подстраивается к ним, равносильно утверждению о значительно болыпей эффективности и решающей роли взаимодействий элементов основной цепи или утверждению о неизменно регулярном характере взаимодействий боковых цепей.

Очевидно, то и другое несостоятельно. Первое — поскольку основная цепь включает менее одной трети атомов белковой молекулы, а второе — из-за гетерогенной амииокислотной последовательносги. 9З. КОМБИНИРОВАННЫЙ ПОДХОД К ПРЕДСКАЗАНИЮ ТРЕХМЕРНОИ СТРУКТУРЫ БЕЛКА Работа Левитта и Чотна (218] по классификации пространственных структур глобулярных белков на четыре группы (а, 0, а + 0, а/Б), оказалась ценной для специалистов, разрабатывающих алгоритмы предсказаний а-спиралей и ]3-складчатых листов.

Между тем в этой работе не было сделано открытий, не была затронута суть проблемы укладки белковой цепи в нативную конформацию и даже не предлагался новый метод классификации вторичных структур или усовершенствование существующих. Авторы сделали чисто формальное и бесспорное схематическое представление а-спиралей и й-структур в трех десятках белков. И тем не менее, работа стимулировала поток новых исследований, не иссякающий и поныне [166, 239 — 250]. Причина такого сильного резонанса заключается, вероятно, в ее чисто психологическом эффекте. М.

Характеристики

Список файлов книги