Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 128
Текст из файла (страница 128)
Сборка белка при соблюдении отмеченных условий начинается одновременно и практически независимо иа кшнформационно жестких по средним взаимодействиям фрагментах, разделенных лабильными участками последовательности. Случайный и беспорядочный перебор всех возможных флуктуаций практически автономных жестких фрагментов обязательно приведет к возникновению у каждого из них бифуркационной комбинации необратимых конформационных изменений, отвечающих уникальному сочетанию флуктуаций входящих в фрагмент остатков. Время, необходимое для структурной самсэорганизации пептидного участка из л остатков по беспорядочно-поисковсзму механизму ! = 10" '~ с. Следовательно, продолжительность сборки конформационно жесткого фрагмента с л < 12 не превышает 10 ' с, т.е.
вполне реально. Альтернируюшие вдоль белковой цепи конформационно лабильные участки приблизительно той же длины за это время также претерпевают серьезные изменения. Реализация у них средних взаимодействий приводит к ограничению конформационной свободы. Из огромногсз массива случайных состояний путем все того же беспорядочного перебора обратимых и необратимых флуктуаций за время ! = 1О" '4 с возникает ограниченный набор устойчивых и при отсутствии дальних взаимодействий изоэнергетических состояний. Вернемся теперь к ренатурации молекулы БПТИ.
Обнаруженная Крейтонсзм [7) в самом начале этого процесса статистическая смесь моно-ээпродуктов может быть смело отнесена к добнфуркационному этапу сборки, когда еще не сложились автономные конформационно жесткие структуры н состояние белковой цепи почти полностью определялось обратимыми флуктуациями. Через короткое время селекция беспорядочных конформационных отклонений привела к возникновению на участках Агя'-Ргоз (см. рис. 1Ч,7), Рпеш — О!пз' (см. табл. 1Ч.7) и А!азз-б!ум стабильных пространственных форм, а на промежуточных участках последовательности БПТИ к немногочисленным наборам структурных вариантсзв.
После уменьшения конформационной свободы продукты с одной дисульфидной связью в денатурированной цепи уже не могут оставаться Равновероятными. Существовавшая ранее статистическая смесь 15 моноЗэ-продуктов автоматически днфференцируется по энергии. В результате, как показывает опыт, наиболее предпочтительными оказываютоя два продукта. Один из них содержит связь Сузза — Суз", а другойСузз — Суззв, отсутствующую в натнвной конформации белка (рис. 1Ч,17). Интересно то обстоятельство, что остатки Сузз, Суззв и Суз-", образующие дисульфидные связи в самых предпочтительных моно-55-произвшдных, входят в конформацнонно жесткие фрагменты 1-9,22 — 31 н 475 Над У1' ян 5 н~ Р ь Р и с.
1т'.17. Схема механизма рснатурацпи и денатурацнн полнпсптидлой цели молекулы БПТИ йй-56. Это, по-видимому, не случайно, поскольку большую вероятность аказаться сближенными имеют остатки Суз, обладающие меньшим числом йампеней свободы, т.е. принадлежащие жестким структурам. аь На следующем этапе происходит образование ди-88-продуктов. Здесь зоявляется взаимообусловленность между конформационными состояйиями значительно большего количества звеньев полипептидной цепи; я структурированию начинают подключаться дальние взаимодействия.
йпст длины белковых участков, беспорядочная флуктуация которых в конечном счете приводит к созданию новых конформационных состояний, яущественным образом, однако, не может сказаться на продолжительиости случайного поиска бифуркационных флуктуаций этого этапа сборки. Одновременно с увеличением размеров свертывающихся пептидных участков резко сокращается число их конформационных степеней свойодьь Из первоначального массива переменных денатурированной цепи АПТИ исключается подавляющее большинство параметров конформадиоино жестких участков 1-9, 22-31 и 48-56, а также заметно огранидиваются области допустимых изменений параметров промежуточных яабильных участков.
Второй шаг неравновесного процесса свертывания белковой цепи делается, как и первый шаг, путем беспорядочных флуктуаций, но на более узком базисе случайных изменений. Он приводит к появлению трех метаятабильных ди-88-продуктов, которые содержат дисульфидную связь Суззв-Сух" нативной конформации БПТИ (см. рис. [У.17). Вторые же явязи 8 — 8 ("неправильные" Суза — Сузы, Сузз-Сузза и "правильная" Суз'4-Суззз) у всех производных оказались неустойчивыми. Обнаружениый Крейтоном факт спонтанного образования сразу трех метастабильных ди-Ы-продуктов, ни один из которых не отвечает кратчайшему пути свертывания белковой цепи и впоследствии не избегает частичного дествуктурирования, парадоксален с точки зрения равновесной термодинамики и теории Брандтса [17]. В то же время этот факт легко находит свое ебьяснение в рамках неравновесной, бифуркационной модели с привлечением результатов априорного расчета трехмерной структуры белковой молекулы.
Одновременное образование трех дисульфидных производных Юбусловлено действием двух факторов. Во-первых, случайностью возникйовения необратимых флуктуаций, которые именно в силу этого обстоятельства не могут появляться одновременно сразу у всех ренатуриРующихся молекул белка. Во-вторых, неслучайным, определяемым данной Кминокислотной последовательностью характером необратимых флуктуаций, комбинации которых приводят к созданию специфических метайгабильных, не в полной мере энергетически эквивалентных конформационных состояний. Конкретная ситуация, возникающая в момент сборки белка, отражает соотношение уровней развития статистической и детерЗзинистической тенденций в механизме ренатурации. Результирующий аффект этапа свертывания белковой цепи зависит от того, в какой мере пказываются согласованными между собой случайно возникшие конформаФионные отклонения и сложившаяся к этому моменту пространственная ятруктура белковой цепи, Так, у БПТИ реализующиеся системы дисульФидиых связей в ди-88-продуктах отражают три различных состояния 477 сборки антипараллельной а-структуры н строго соответствующие им т трв различных вида неравновесных флуктуаций.
Расчет показал, что конформационно лабильные по средним взав действиям участки Ргоз-Сузы н Сузы-А!а4з обретают свои окончатель„, пространственные формы только по завершении сборки Д-структу Сузы-Суззх, которая служит для их укладки матрицей, обеспечивающ,", образование многочисленных стабилизирующих контактов между удаве„ ными по цепи остатками. Наличие у одного из ди-Ы-продуктов дисуль. фидной связи Сузз — Сузы отвечает самой ранней стадии формирована„ )з-структуры, когда фрагмент Агй' — Сузы еще лишен дальних взаимодея. ствий с последующими остатками и является практически свободным.
К „ показал расчет (см. табл. 1Ч.5 и рис.1Ч.9), наиболее низкой энергией в этом случае обладает конформация фрагмента со сближенными боковымв цепями Сузз и Суз'4, отличающаяся от нативного состояния только значением угла ~у остатка Рго'", Возникающее в период зарождения )5-структуры случайное отклонение, сближающее 5-й и 14-й остатки Су~ оказывается самой предпочтительной по энергии, или, иными словами, неравновесной бифуркационной флуктуацией.
Это отклонение стане~ невозможным или потеряет свою актуальность, будет высокоэнергетичных и обратимым, если оно появится позднее, в середине или в конце процесса формообразования )5-структуры. Статус бифуркационной флуктуации приобретет другое конформационное отклонение, сближающее остатки Суз' я Сузз". Как следует из расчета [11), образование дисульфидной связи Сукц Суза" в ситуации, близкой к стадии полного завершения ))-структурьь также реально и энергетически выгодно. Сближенность остатков Сузз я Суза" достигается в конформации фрагмента Агу'-Суз'а, отличающейся от его состояния в нативной структуре белка значением лишь одного двугранного угла ср остатка 01узь.
Сборку р-структуры венчает образование дисульфидной связи СузмСуззз, которая вместе со связью Сузза-Сузы обнаруживается в третьем ди-ЗЗ-продукте. Но что удивительно, оба 3-3-мостика, являясь правильными, не делают данное метастабильное состояние прямым промежуточным продуктом на пути к нативной трехмерной структуре белка. Т. Крейтон показал, что еще на стадии образования моно-Ы-продуктов свободная сульфгидрильная группа остатка Сузы предпочитает реагировать не с группой БН остатка Сух~, а с линейным дисульфидным реагентом В55К, образуя производное с Б-Я-мостиком Сузз-ЗК, В результате накапла. ваются продукты (Сух~а-Сузы, Сузы — 5К) и (Сузы — Сузза, Суз'О-Суз", Сузы-Ж), которые исключают участие остатка Сузы в образовании ках второй, так и третьей белковой связи З-Б, завершающей создание системы дисульфидных мостиков ВПТИ.
Промежуточный продукт (Суз'С Сузз", Сузю-Сузы), казалось бы, ближе всего подошедший к нативной конформации БПТИ, удаляется от нее и переходит в два других ди-55. продукта, содержащих по одной неправильной дисульфидной связи (см. рис. 1Ч.!7). Однако метастабильные состояния (Сузз — Суз'4, Сузза-Сузи) я (Сузз-Суза" Сузза-Сузи) также неустойчивы и быстро восстанавливаются до моно-ББ-продукта (Сузза-Сузы), т.е. продукта, который уже существовал в начале свертывания. Совершен холостой оборот и процесс 478 нулся "на круги своя"'? Последующие события показывают, что нет.
о-ББ-продукт (Суаза-Сух"), образовавшийся в конце второй стадии атурации из трех ди-ББ-продуктов, в отличие от продукта с тем же льфидным мостиком первой стадии наделен способностью переходить ББ-метастабильное состояние с двумя натнвными связями Сузз-Сузы азо-Сузи, к которым вскоре присоединяется третья связь Суз" — Сузз".
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
