Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 108

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

Текст из файла (страница 108)

Поскольку первое исключено, то справедливо альтернативное предположение. В этом причина того, что выполненные расчеты не гарантированы ни от случайных пропусков, ни от неправильных оценок получаемых результатов. Без структурной классификации, четко сформулированных принципов общей теории и физической модели (также отсутствующих в обсуждаемых работах) невозможен объективный выбор конформационных состояний. Все оценки оптимальных конформаций в расчетах Галактионова, Шераги, Де-Коэна и их сотрудников выполнены на основе относительных величин общей энергии, без количественного анализа вкладов от отдельных внутри- и межостаточных взаимодействий в структурных вариантах всевозможных форм различных типов.

На промежуточных стадиях расчета при рассмотрении конформационных возможностей сравнительно небольших фрагментов относительная величина общей энергии, как бы разумно велик ни был выбран критический интервал ее изменений, не в полной мере может служить надежным критерием отбора перспективных структурных вариантов. Рассчиты- ваемые конформационные состояния фрагмента, принадлежащие разли, ным формам и шейпам, неравноценны в этом отношении, и сопоставление величин их внутренней энергии без анализа соответствующих матриц межостаточных взаимодействий вряд ли является разумным.

Оптимальные конформации каждой формы основной цепи и каждого шейла можно разделить на три группы. В первую входят самые низкоэнергетические варианты, в которых при данной форме основной цепи в максимальной степени реализованы межостаточные стабилизирующие взаимодействия, Все они, безусловно, должны войти в последующий расчет фрагмента большей длины. В другую группу входят состояния с высокой энергией, которые неудовлетворительны вследствие дестабилизирующих взаимодействий, вызванных стерическими причинами. Если в пределах одной формы основной цепи наталкивания атомов не удается устранить, то такие структурные варианты исключаются из дальнейшего расчета. Кроме того, у каждого фрагмента имеется довольно большое число конформаций, находящихся в средней части энергетической шкалы.

Они обладают сравнительно большой энергией не из-за напряженности, вызванной перекрыванием ван-дер-ваальсовых радиусов атомов, а благодаря малому числу контактов, т.е. незначительности взаимодействий между остатками. Реализация таких конформаций маловероятна у свободной молекулы Однако для рассчитываемого пептидного участка в более сложной последовательности они могут оказаться перспективными и должны учитываться в последующем анализе.

Таким образом, оценку конформационных состояний фрагмента следует делать независимо для каждой его таксономической категории, во всех случаях учитывая характер межостаточных взаимодействий. Можно сделать еще одно замечание, общее для выполненных расчетов конформаций олигопептидов. Оно касается выбора исходных состояний аминокислотных остатков в самом начале фрагментарного анализа. Этот вопрос имеет принципиальное значение, поскольку на всех стадиях расчета олигопептида фигурируют только выбранные вначале состояния остатков.

Используемые наборы конформаций монопептидов, как правило, менее представительны, чем количества состояний аминокислотных осгатков, встречающихся в белках известной структуры. Например, согласно рензтеноструктурным данным остатки! уз и Агй в белках могут принимать — 30 различных коиформационных состояний. Естественно допустить, что и у низкомолекулярных пептидов их число будет не меньшим. Во многих же расчетах олигопептидов, включающих остатки Ьуз и Аг8, учитываются не более девяти конформационных состояний; по три для основной цепи (К, В,1.) и по три для боковой цепи 1у, — 60, 180, 60;,"~з = уз =,"14 = 180').

Тем самым боковые цепи остатков фактически принимаются вытянутыми конформационно жесткими стержнями. При таком подходе, очевидно, нельзя рассчитывать на то, что найденные конформации олигопептида, действительно, представляют собой наиболее плотноупакованные структуры, обладающие минимальной энергией.

Существенное сокращение объема вычислений за счет отказа от рассмотрения всех возможных состояний боковых цепей особенно подкупает авторов, повидимому, тем, что оно не вступает в противоречие с их идейной позицией 40г я вопросе о приоритетном значении основной цепи в структурной организации пептидной молекулы, Работы по конформационному анализу олигопептидов, перечисленные в табл. 1П.ЗЗ, объединяет еще одна черта. Как результаты конкретных Расчетов, так и использованные подходы ни в одном случае не прошли строгой экспериментальной проверки.

Принципы структурной организации олигопептидов. Выше были приведены мотивы, побудившие меня при формулировке общих выводов о характерных особенностях пространственного строения олигопептидов опираться лишь на расчетные данные собственных исследований (см. табл. 111,31). В результате можно сформулировать следующие принципы структурной организации низкомолекулярных природных пептидов. 1. В физиологических условиях пространственное строение природного олигопептида описывается ограниченным набором низкоэнергетических компактных структур, стабильность которых обусловлена согласованностью всех внутри- и межостаточных невалентных взаимодействий.

2. Предпочтительные структуры олигопептида отличаются между собой шейпами пептидного скелета, в пределах одного шейна — формами основной цепи и в пределах одной формы — ориентациями боковых цепей. 3. Смещение положения равновесия между предпочтительными структурами олигопептида осуществляется по определенному низкоэнергетическому механизму, включающему последовательные конформацнонные переходы. 4, Высокая чувствительность (легкая адаптируемость) положения конформацнонного равновесия природного олигопептида к окружающей среде (растворителю, рецептору, ферменту) и спонтанность конформационных переходов обусловлены строгой и альтернативной по своему характеру избирательностью низкоэнергетическнх конформаций к специфическим изменениям внешних условий. Сформулированные принципы структурной организации природных олигопептидов являются необходимой основой для решения задачи структурно-функциональной организации этих соединений, обсуждаемой в следующем томе.

Сейчас же важно отметить, что установление таких принципов подвело наше рассмотрение непосредственно к самому ответственному моменту исследования одной из фундаментальных задач проблемы белка — завершающему этапу изучения структурной организации белковых молекул и к решению вопроса о возможности априорного расчета их нативных трехмерных структур на основе известной аминокислотной последовательности, предложенной автором теории и разработанного им метода расчета. Перед обсуждением результатов конформационного анализа белков н количественной оценки функций дальних взаимодействий еще раз напомню о роли ближних н средних взаимодействий в структурной организации олигомерной аминокислотной последовательности. При сравнении конформационных возможностей природных олигопептидов и белков следует иметь в виду некоторую условность такого разделения, Встречающиеся в природе последовательности содержат от нескольких единицдо многих сотен аминокислотных остатков.

По мере Ы с й к С Я о х р '. о а 6 в ы Я о Р. О с хода от низкомолекулярных пептидов к высокомолекулярным белкам ормационные свойства, по-видимому, изменяются не скачкообразно, а йистепенно. Нет сомнения, что ближние и средние взаимодействия, 'й1иализованные на небольших участках последовательности, играют одимзковую роль в формообразовании и олиго-, и полипептндов. В главах 4 — 7 было показано, что роль ближних взаимодействий заключается в формировании из свободных стандартных аминокислотных остатков наборов изоэнергетических предпочтительных конформационных состояний, япчорые только и могут быть реализованы у олиго- и полнпептндов (см. табл. 11.17).

Поскольку нативные белки имеют строго детерминированные егруктуры, где остатки принимают вполне определенные конформации (из дабора состояний, дозволенных по ближним взаимодействиям), то из соображений общего порядка очевидно, что роль средних взаимодействий должна сводиться к ограничению конформационной свободы остатков, а роль дальних взаимодействий — к последующему лишению их этой саазбоды. Конформационный анализ десятков природных олигопептндов, включакнцих также 20, 30 и более аминокислотных остатков (см.

табл. П!,31), позволил не только пояснить для каждого соединения проявление средних взаимодействий и произвести соответствующие количественные оценки, яо и выявить общую для их структурной организации особенность. Расчет показал, что у олигопептидов. даже сравнительно коротких, за счет средяих взаимодействий может происходить структурная детерминация, т.с. образовываться локальные микронуклеации. Конформационно жесткие участки последовательности, чередующиеся с конформационно лабильными участками, были найдены у всех исследованных автором и сотр. прцродных пептидов, что наглядно иллюстрирует рис. 111.32.

Обнаруженная конформационная гетерогенность цепи представляет первостепенный интерес для понимания структурной организации белков и расчета их конформаций. Ее существование было постулировано мною в бифуркационной теории (см. гл. 2) как необходимое условие самопроизвольной, быстрой и безошибочной сборки белковых цепей по статистика-детерминистическому механизму. Результаты конформационного анализа большого числа олигопептндов различной длины независимо подтвердили это положение теории. Таким образом, роль средних взаимодействий заключается в реализации природной аминокислотной последовательности с конформационной гетерогенностью, проявляющейся в образовании альтериирующих конформационно жестких и лабильных участков цепи.

В белковых последовательностях естественно ожидать существования участков, которые, как и в случае сложных олигопептидов, складываются почти однозначным образом только за счет ближних и средних взаимодействий. Тогда дальние взаимодействия для таких структурно-автономных, нуклеационных белковых участков будут являться в основном следствием уже сложившихся пространственных форм, а не причиной их образования.

Характеристики

Список файлов книги