Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 124
Текст из файла (страница 124)
Найденные геометрические параметры мостика Сузе-Сузы (табл. 1Ч.13) совпадают с экспериментальными значениями. На последнем этапе анализа молекулы БПТИ рассмотрены конформационные возможности С-концевого дипептида 01узт-А!ага в потенциальном поле рассчитанной структуры Агй!-О!у'е. Полученные результаты свидетельствуют о подвижности этого участка, который может находиться в четырех практически изоэнергетичных состояниях: Н-К, В-К, ь-к и к-к.
Окончание табл. ШЛ4 2 3 4 5 6 7 8 -80 -58 76 54 160 -142 91 !80 -179 60 177 86 73 52 98 -94 173 88 — 71 -74 37 59 -62 — 52 156 166 60 -125 -175 37иза фР 60 -64 175 -91 01уп йн а'* — 179 159 -160 -55 Приведены в верхниксгрочках значений параметров для каждого остатка. * Численные значения этих параметров в работах [9, 101 не приведены. дзйслотных остатков молекулы БПТИ. Там же даны экспериментальные значения этих углов, полученные с помощью рентгеноструктурного анай8!За белка с разрешением 1,5 А !10). Из сопоставления видно, что найден- Ф.- априорно конформация БПТИ полностью соответствует эксперименной кристаллической структуре. Подавляющее большинство конфор- йВ)82ионных параметров количественно совпадает между собой. Заметные ичия, выходящие за условно принимаемые границы погрешностей геносгруктурного анализа в определении двугранных углов белковой (+10-20'), касаются лишь боковых цепей единичных остатков, имер Аг8~~1Х4), Азп~~()12) и Аап~~!у!).
Однако и здесь эксперименные значения углов т также приемлемы для найденной структуры; сохранении других расчетных параметров они приводят к повышению формационной энергии молекулы лишь на несколько килокалорий. неквадратичные отклонения опытных и теоретических значений двуных углов вращения вокруг связей основной цепи составляют 13е для зр и 9' для Оз. В пределах допустимых экспериментальных ошибок дится также среднеквадратичное отклонение углов )11 (18'). -88 -98 -154 -151 -67 -61 -69 -52 -65 — 71 -59 -60 -71 -84 -63 -63 -76 — 71 -106 †1 -78 -60 -7 — 28 162 170 — 34 -23 -4т -43 -41 -35 -50 -45 — 32 -37 -42 -40 -46 -66 -4 -20 — 14 -47 174 179 !79 180 -175 180 173 180 175 180 — 179 — 176 176 -!75 175 -17! -173 -173 -17! -169 174 -!79 60 -73 -78 -97 -53 175 180 -70 -64 !78 17! -60 -62 -69 -65 При оценке значимости совпадения вычисленных и опытных значена» двугранных углов нужно иметь в виду то обстоятельство, что по ря „ причин они не являются удовлетворительными количественными характ, рнстиками пространственного строения белка, найденного теоретическим в экспериментальным путем.
Их величины зависят от длин связей в валентных углов молекулы, которые в двух случаях не могли быть иден. тичны. Так, полученные Дж. Дайзенхофером и У. Стайгеманом [10) пря уточнении кристаллической структуры БПТИ по методу Даймонда [15) величины валентных углов т[ХС С') обнаруживают существенный разбро~ [95-124'), который не может отвечать реальной ситуации. Приведениа углов т[)чС С "1 к действительно наблюдаемым у пептидов значениям [ин. тервал 10б-114') неминуемо повлечет изменение найденных в работе [10) двугранных углов ~р, ~у, оз основной цепи н у~ боковых цепей.
В нашем расчете была выбрана иная валентная геометрия белковой цепи, основан. ная на параметрах Полинга для длин связей [14) и усредненных значениях валентных углов пептидной группы [15). Другая причина неполной корректности сопоставления структур по двугранным углам связана с точностью нх расчета. Небольшие ошибки в значениях отдельных двугранных углов, особенно основной цепи, могут привести к значительному изменению всей структурьь Поскольку в расчете они неизбежны, на первый взгляд представляется даже бесперспективным теоретический конформационный анализ белков.
На самом деле такое опасение оказалось сильно преувеличенным. Вследствие высокой конформационной чувствительности потенциальной энергии, уникальности трехмерной структуры белка н большой гибкости пептидной цепи на ряде участков аминокислотной последовательности двугранные углы не являются независимыми друг от друга и отклонения расчетных значений одних углов от их истинных величин в той или иной степени компенсируются отклонениями других.
Поэтому допускаемые в определении углов погрешности радикальным образом не сказываются на окончательном результате. Однако при сопоставлении их опытных и теоретических значений трудно оценить, насколько серьезно наблюдаемое численное расхождение между ними. Несмотря на сказанное, имеющее место совпадение двугранных углов основной и боковых цепей, или, иными словами, близость конформационных состояний всех аминокислотных остатков в опытной и теоретической структурах белка, несомненно, является объективным и веским доводом в пользу правильности результатов расчета.
Однако лучшее представление о точности априорного расчета трехмерной структуры белка может быть получено нз сравнения межатомных расстояний в двух структурах и прежде всего расстояний между Се-атомами основной цепи. С этой цель1о а .а найдено среднеквадратичное отклонение всех парных расстояний С, ...С,, число которых составило 1540. При сравнении не учтены лишь остатки О1ум и А[аза, так как в работе [1О) отсутствуют данные об нх конформационных состояниях. По-видимому, это связано с подвижностью С-концевого фрагмента О!у'т-А1а'а, о чем свидетельствуют и результаты расчета Найденная величина среднеквадратичного отклонения расстояний между атомами С" без коррекции на различия в длинах химических связей в 464 вя>иеитных углах составила 1,4 А; отклонения на участках Агй' — Суз>4, ,у~ц>4-Сузах и Суз>а-О!ум равны соответственно 1,0; 1,2 и 1,4 А.
1 Таким образом, среднеквадратичные отклонения, касающиеся всей йаруктурь> молекулы и ее отдельных фрагментов, мало различаются за>иду собой и невелики. Данное обстоятельство свидетельствует о том, 4~го априорный расчет удовлетворительно и примерно с одинаковой й>ачиостью предсказывает конформационные состояния отдельных частей айплекулы и их взаимное расположение в нативной трехмерной структуре зй>пка. На это указывает также хорошее совпадение габаритных размеров йворетической и экспериментальной конформацнй молекулы БПТИ (см. 4>ие.
1У.5). Приведем несколько примеров. Так. расчетное и наблюдаемое а>асстояния Сан>...Са>м> равны 29,1 и 29,8; С<>>,.,С>зь> — 10,2 и 9.5; С>а>.,.С<4>> -'11,4 и 100; С<м>...С>з> — 21,1 и 22,0, С<м>,..С<за> — 23,3 и 22,3; Соа>...С>з» 22,3 и 22,1' С»4> "С~»з> — 26,3 н 25,3; С>ж>" С<за> — 27,5 и й6,0 А. Правильность полученных в работе [11] результатов подтверждается также сравнением длин водородных связей, обнаруженных в крискаллической и расчетной структурах БПТИ. Данные об их геометрии 1юличественно характеризуют взаимное расположение соответствующих атомных групп, которые принадлежат далеко отстоящим в линейной поепедовательности остаткам.
Среднеквадратичное отклонение длин водородных связей основной цепи равно 0,5 А. Лишь в двух случаях из 18 разиичие в расстояниях О...Х достигает 1,0 А. Результаты проведенного сопоставления геометрии двух сгруктур по двугранным углам вращения, расстояниям между атомами Са и длинам водородных связей позволяют утверждать о хорошем совпадении всех элементов априорно рассчитанной конформации молекулы БПТИ и кристаллической трехмерной структуры белка. Принципиальная цель расчета трехмерной структуры молекулы трипсииового ингибнтора, как и расчета структуры трикозапептидного фрагмента нейротоксина Д, заключалась в следующем: 1) апробации бифуркационной и физической теорий структурной организации белков; 2) выяснении применимости механической модели молекулы к количественному описанию просгрансгвенного строения природных полипептидных макромолекул; 3) разработке расчетного метода конформационного анализа белков; 4) проверке способности потенциальных функций, методов минимизации соответствующих алгоритмов и программ компьютерного счета колиственно воспроизводить реальные невалентные взаимодействия атомов лковой молекулы.
> Теоретическое рассмотрение структурной организации белков вынуж- но было строиться таким образом, что о достижении всех отмеченных )йелей и решении проблемы можно было судить лишь на завершающей ктадии априорного расчета конформации белковой молекулы путем сравйения теоретических результатов с опытными данными. В процессе решения проблемы нельзя было получить однозначный ответ на каждый из )доставленнь>х вопросов в отдельности; он всегда носил интегративный характер н в окончательном виде получался в самом конце длительног почти не имеющего промежуточного контроля пути — от выяснена„ коиформационных возможностей свободных монопептидов до расчет пространственной структуры всего белка. Поэтому, обнаружив, наконец удовлетворительное совпадение теоретических и опытных значений кон формационных параметров нейтротоксина (см.
табл. 1Ч.2) и трипсинового ингибитора (см. табл. 1Ч.14), можно констатировать решение проблемы структурной организации глобулярных белков в принципе. Это самый главный, общий итог всего рассмотрения. Результаты теоретического ковформационного анализа двух белков, прежде всего, свидетельствуют о справедливости положенной в основу расчета количественной структуриои теории белка, правильном понимании принципов его пространственнов организации и о возможности количественного предсказания нативной конформации молекулы исходя только из аминокислотной последовательности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
