Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 136
Текст из файла (страница 136)
При сравнении расчетных данных с экспериментальными оказалось, что конформационные состояния всех -ых остатков в нативной структуре лизоцима соответствуют наиболее едпочтительным по энергии оптимальным формам соответствующих свободных" олигопептидов. В 11 случаях из рассмотренных 14 наблю- емые в нативном белке состояния л-ых остатков полностью отвечали их гьлобальнь»л» формам в соответствующих нонапептидах, где они занимали игентральное положение.
Был сделан вывод, что внутриос»аточные аязаимодействня определяют возможные для остатка конформацпонные состояния. Только из этих состояний взаимодействия данного остатка с четырьмя предшествующими и четырьмя последующими остатками [ближ»а»ие взаимодействия, по классификации Немети и Шераги [12]) выбирают инственную конформацию, которая и реализуется в иативной структуре лка. Средние и дальние взаимодействия, по мнению авторов работы 131], не, играют существенной роли.
Их функция заключается лишь в полнительной стабилизации уже детерминированного состояния остатка. деланные выводы, однако, нельзя признать корректными, так как фиксация в рассмотренных фрагментах всех остатков за исключением центрального в натнвных конформационных состояниях есть хотя н не явный, о тем не менее эффективный учет средних и дальних взаимодействий. ак как в исследовании Шераги и соавт. [13Ц различные виды нева!»ентнь»х взаимодействий так и остались неразделенными и, по существу, анализировался их интегральный эффект, то зта работа,как и работы 1,127, 128], также не решила поставленной задачи о функциях виутриосга;!очных и межостаточных взаимодействий в свертывании белковой цепи. Рассмотрим теперь работу Бэржеса н Шераги, постановка которой, по]»идимому, была обусловлена результатами только что обсужденного исследования, точнее, сделанным в нем заключением о второстепенном Значении средних н дальних взаимодействий ло сравнению с внутриостаточными н ближними [132].
При традиционном представлении пространьгвенного строения глобулярных белков в виде набора вторичных струк[ур неизбежно стремление упростить анализ межостаточиых взаимойействий, или, что еще лучше, избежать его. Такое отношение вызвано ![Ринципиальной невозможностью в рамках эмпирического подхода учесть Роль этих взаимодействий в свертывании Г>елковой цепи и оценить их вклад в стабилизацию нативной структуры (подробнее см. [25, 107, !08]). В связи с этим выводы работы [131] должны были быть с удовлетвоРением восприняты всеми исследователями, разрабатывающими предсказательные алгоритмы.
Подкрепленное расчетной процедурой утверждение о доминирующем значении внутриостаточных взаимодействий и под- 50! чиненной роли взаимодействий даже между соседними по цепи остатками казалось весомым н вселяло надежду на возможность обойти проолему множественности минимумов потенциальной поверхности путем исполь. зования предсказательных алгоритмов для получения приближенной струк. туры, минимизация которой приведет к натнвной конформации белка Главная цель следующей работы Бэржеса и Шераги [132] как раз и заключалась в выяснении перспектив эмпирического подхода для пред сказания конечной структуры и поиска механизма свертывания белковоя цепи. В качестве тест-объекта была выбрана молекула бычьего пан. креатического трипснновогоингибитора.
Проанализировав существовавшие к тому времени алгоритмы предска. зания (Е. Каба н Т. Ву [133-135], Б. Робсона и Р. Пейна [136, 137], П. Чоу и Г. Фасмана [138, 139], Г. Шерагн и соавт. [39]), А. Бэржес я Г. Шерага констатировали, что ни один из них не может быть использован для достижения поставленной цели.
Затем они переводят свою задачу в гипотетическую область и ведут поиск решения с идеальным алгоритмом предсказания. На основе известной кристаллической структуры БПТИ,а не эмпирических корреляций, авторы относят 58 аминокислотных остатков белка к 5 конформационным состояниям (ад, оы а, 8а, Рс), отвечающим экспериментальным данным и низкоэнергетическим областям потенциальной поверхности конформационной карты ~р — вг.
Каждому состоянию она приписывают усредненные по известным кристаллическим структурам восьми белков соответствующие значения углов у, у. Двугранныс углы боковых цепей (у) были взяты с округлением до 5' из рентгеноструктурных данных для молекулы БПТИ. Вопреки ожиданиям оказалось, что построенная таким образом трехмерная структура даже отдаленно не напоминает конформацию белка.
Ситуация не улучшилась и прн минимизации энергии с учетом невалентных взаимодействий. Сравнение контурных карт расстояний лгежду атомами С" модельной и опытной конформацнй показывает, что в собранной с помощью идеального алгоритма экспериментальной геометрии боковых цепей и проминимизированиой трехмерной структуре отсутствуют все характерные особенности нативной конформации: удалены друг от друга цнстеиновые остатки, образующие между собой дисульфидные связи, практически нет намека на вторичные структуры и не воспроизводится глобулярная форма молекулы трипсинового ннгибнтора.
Для исправления положения были введены дополнительные ограничительные условия, облегчающие приближение модельной структуры к нативной конформации. Однако нн учет реализуемой в белке системы дисульфидных связей (5-55, 14 — 38, 30 — 51), нн введение сближения соответствующих остатков Суз, нн включение в расчет специальной функции, имитирующей стремление неполярных остатков оказаться внутри глобулы, а полярных выйти наружу, ничто не помогло получить пространственную форму белка, близкую к натнвной. Конечно. можно было бы еще более ужесточить условия и добиться совпадения.
Но это не имело бы значения, поскольку не повлияло бы на окончательный вывод о невозможности даже в случае 100%-ного правильного предсказания конформационных состояний остатков получить структуру. отдаленно напоминаюпгую реальный белок. 502 Причину неудавшегося описания структуры Бэржес и Шерага [132] 'увидели в несовершенстве расчетной процедуры, которая, по их мнению, учитывала только внутриостаточные и ближние межостаточные взаимодействия.
Был сделан вывод, что полученные результаты свидетельствуют о необходимости дополнить схему предсказания учетом средних и дальних взаимодействий. Авторы этой работы, как и предыдущей [131), неправы, утверждая, что в расчете игнорировались межостаточные взаимодействия среднего и дальнего порядка. Как уже упоминалось, в действительности они в неявном виде входили в расчетную модель благодаря отнесению геометрии всех аминокислотных остатков полипептидной цепи БПТИ к нативным конформационным состояниям, являющимся конечным результатом воздействия суммарного эффекта всех внутриостаточных и межостаточных контактов. В силу использования процедур, основу которых составила экспериментальная информация о трехмерных структурах белков, результаты исследований [131] и [39) в принципе не могут претендовать на дифференцированное отражение внугримолекулярных невалентных взаимодействий атомов.
Таким образом, вопрос о функциональном назначении внутриостаточных и межостаточных контактов в структурной самоорганизации белковой глобулы остался без ответа; по существу, он не рассматривался. При анализе свертывания белковой цепи на основе концепции регулярных вторичных структур не учитываются экспериментальные данные о реальном механизме сборки белка. Характерной иллюстрацией такого рода моделирования может служить работа О.Б. Птицына и А,А Рашина [113), посвященная сборке молекулы апомноглобина. Авторы использовали модель полипептидной цепи, в которой еще до начала манипуляции с ней были заданы в виде цилиндров все а-спирали наблюдаемой нативной конформации белка. Задача, следовательно, свелась к тому, чтобы, зная реальную структуру молекулы, упаковать заданные цилиндры различными способами и оценить энергию их взаимодействий.
Расчет велся вручную, поэтому не были учтены все возможные структурные варианты [а их миллионы), Найденное взаимное расположение спиралей, имеющее, минимальную энергию, совпало с нативной конформацией апомиоглобина. Однако здесь и речи не может быть о том, что в результате данного исследования стала ясна функция дальних взаимодействий в структурной организации белка, поскольку в состав наперед заданных а-спиралей входит не менее 75% остатков амииокислотной последовательности, а в этом случае была рассмотрена ничтожная часть возможных структурных вариантов. В качестве примера моделирования свертывания белковой цепи через вторичные структуры остановимся на следующих двух исследованиях О.Б.
Птицына [140, 141), типичных по своей постановке, аргументации и некоторым другим качествам для работ этого направления. В одном из них [" Белковое свертывание: общая физическая модель") нативная конформация белковой молекулы представлена как "определенный вид упаковки структурных сегментов [и-спирали и [3-структуры)" [140. С. 197]. Главным фактором, стабилизирующим регулярные участки, считаются пептидные водородные связи, не зависящие от природы и порядка 503 расположения аминокислот в цепи. Контакты между а-спиралями в [1 структурами в нативной конформации осуществляются за счет гидр, фобных взаимодействий неполярных боковых цепей, скрытых от воды, Предлагаемая автором модель белкового свертывания не может счя таться общей, так как не только не затрагивает фибриллярных белков, ио и среди глобулярных имеет отношение только к небольшой группе белков состоящих преимущественно из а-спиралей и [1-структур, образующв„ супервторичные структуры.
Стабилизация последних, как полагает Пти. цыи, не определяется конкретной аминокислотной последовательностью, а представляет собой некий интегрально-статистический эффект, чувствя тельный лишь к общей контактной гидрофобной поверхности. Оставляя это положение без аргументации, автор формулирует "общую гипотезу направленного механизма белкового свертывания", суть которой заключается в предположении, что "узнавание регулярных сегментов определяется не деталями аминокислотной последовательности, а взаимной локализацией этих сегментов в линейной полнпептидной цепи" [140 С. 1981.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
