Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 137
Текст из файла (страница 137)
Постулировав, по существу, независимость супервторлчных структур от химического строения белков, Птицын тем самым свел проолему спонтанной сборки нативных конформаций к выработке геометрических критериев самоорганизации регулярных сегментов. Таким образом, "общая физическая модель" белкового свертывания оказалась не только не общей, но и не физической. Стадия взаимодействия вторичных структур должна следовать за стадией их образования. Следовательно, до выработки геометрических критериев упаковки вторичных структур в супервторичные необходима идентификация а-спиралей и [1-складчатых листов, описание процессов их идентификации, развития и терминации.
Задачи, перечисленные в работе [140[, предполагаются решенными, что, как известно, не соответсгвует действительности. Поэтому модель Птицына описывает не весь процесс белкового свертывания, а лишь упаковку вторичных структур, т.е. завершающую стадию, быть может, не отвечающую соответствующей стадии реального механизма самоорганизации. Следует также отметить несовместимость предложенной модели с одним из постулируемых в этой же работе положений.
Так, автор, рассматривая вопрос об идентификации а- спиралей и [8-структур, исходит из существования корреляций между вторичными структурами и аминокислотной последовательностью, а обсуждая образование из них супервторичных структур, утверждает отсутствие таких корреляций. В основу поиска геометрических критериев упаковки вторичных структур положена простейшая полипептидная цепь — гомополимер из аминокислот с гидрофобными боковыми группами. Предполагается, что такая цепь в водном окружении обладает вторичными структурами, сгабилизированными пептидными водородными связями,и супервторичной и третичной структурой, стабилизированной гидрофобными взаимодействиями боковых цепей а-спиралей или [1-складчатых листов. Реальное поведение гомополипептидов в растворе не дает, однако, оснований для подобных предположений [25, 142 — 1441.
Молекулы гомополнпептидов, как и молекулы других синтетических полимеров, имеют огромное количество близких по энергии непрерывно флуктуирующих в створе свернутых форм, среди которых могут быть линейно регуляре, В отличие от белков, здесь не возникает самой проблемы поиска геотрии глобальной структуры; все свойства синтетических, искусственных липептидов обусловлены их статистической природой и описываются тистнческой физикой и равновесной термодинамикой.
Следовательно, $ьзбор гомополипептнда для трактовки строго детерминированного [аеравновесного процесса свертывания белковой цепи в стабильную ]эрехмерную структуру нельзя признать удачным для подтверждения йысказанных положений. Сомнителен также введенный автором принцип явнутренней организации участков аминокислотной последовательности, йквидистантных в отношении середины цепи" [140. С. 200].
Согласно втому "принципу", центр всей последовательности и центры участков при [юследующем кратном делении наделяются почти мистическими свойствами, не имеющими ничего общего с реальными коиформационными Свойствами, как синтетических гомополипептидов, так и эволюционно отобранных аминокислотных последовательностей. В другом исследовании О.Б. Птицын [141] развивает тезис об отсут'Фтвии зависимости пространственного строения белковых молекул от их Мимического строения и тем самым ставит под сомнение эволюционный путь развития белка [и не только его). Так, автор пишет: "Широко распространено убеждение, что уникальная первичная структура данного белка совершенно необходима для сворачивания в определенную пространственную структуру и для его функции и является результатом направленного отбора в ходе биологической революции".
В статье представлены аргументы в пользу альтернативной точки зрения, согласно которой типичные пространственные структуры глобулярных белков характерны уже для случайных последовательностей аминокислотных остатков. Поэтому возможно, что первичные структуры белков — в основном просто примеры случайных аминокислотных последовательностей, лишь слегка отредактированных в ходе биологической эволюции для придания им дополнительного функционального смысла [141. С. 574].
Эта мысль развивается О.Б. Птицыным и М.В. Волькенштейном в более поздней совместной работе [145], Мысль о том, что белки представляют собой случайные аминокислотные последовательности и не требуют естественного отбора, обосновывается утверждением, что усреднение по первичным структурам белков практически не дает статистически достоверных отличий от случайного распределения аминокислотных остатков и их групп вдоль цепи. Это главный и, по существу, единственный аргумент Птицына для отрицания отмеченного выше фущ1аментального положения молекулярной биологии. Обоснование сделанного автором заключения не корректно, поскольку оно следует из анализа ограниченного экспериментального материала, что не дает права распространять его на все белки.Но и это не главное. Даже если в усредненной первичной структуре распределение действительно не отличается от случайного, то отсюда еще не следует, что случайна последовательность каждого конкретного белка.
В понятии "усредненный белок" столько же смысла, сколько, например, в понятии "усредненный мост" или "усредненный автомобиль". Дополнительно сказанное можно 505 уйблгг~нгл П Солержанне некоторьм амннокнслотных остатков а белках 1%) Бух+ Ага Азр+ 6!а е Азп ьб!и Суз хегеТЬг Белок 2,8 10,0 24,7 25,4 16,0 7,0 16,9 3,5 4,0 0 11.8 0 10,0 20.0 22,0 21,5 8,0 7,3 10,5 7,0 15,5 Пелснн Хнмотрнпсегоген Многлобнн Инсулгвг Гастон БПТИ Протеаназныб ннгнбнтор Баумена— Бр 0-Лмзотропин Белки прокарнотов вирусов позвоночных 1,4 8,0 17,7 5,5 26,4 17,2 9,8 16,0 10,7 10,5 11,4 10.7 15,7 19,9 19,0 20,2 20,3 0 1,0 2,1 2,5 3.0 9,8 11,9 14,9 12,6 13.6 человека проиллюстрировать даннымн табл.
1Ч.15, в которой приведено процентное содержание некоторых аминокислотных остатков в ряде белков, сопоставленное с усредненным содержанием тех же остатков в белках прокариотов, вирусов, позвоночных и человека [146!. Из таблицы видно, что даже аминокнслотный состав, не говоря уже о порядке расположения остатков и длине цепи, достаточно специфичен для белков. Вывод о случайности химического строения белков не отвечает их действительной структурной организации. Противоречит он также структурно-функциональной и эволюционной организации белковых молекул. Созданию функциональных белков предшествовало, по мнению О.Б. Птицына 1141], появление сложных амннокислотных последовательностей случайного состава и поначалу, т.е.
до "редактирования", биологически бесполезных. Белки, как известно, не воспроизводят салгих себя. Поэтому для появления "протяженной кооперативной структуры" необходимо предположить существование готового генетического аппарата, Так как он синтезирует случайные и функционально неспецифические аминокислотные последовательности, непонятно, каким образом и почему он возник. Но даже такой, неведомо как и зачем возникший генетическвй аппарат, имеющий, как н "протяженные кооперативные структуры", случайную последовательность нуклеотидов, не может не только функционировать, но и быть созданным без участия большого числа высокоспецнфичных белков.
Автор отказывает белкам в эволюции. Очевидно. также следует поступить и по отношению к генетическому аппарату, их производящему. Если следовать такой логике, то это приведет к отрицанию эволюции органического мира вообще, поскольку в основе эволюционного развития любого организма лежит изменение его генов, программы сннтезнруемых белков.
Большое влияние на специалистов, разрабатывающих алгоритмы предсказаний гх-спиралей н 11-складчатых листов н на их основе — гппозс- ческие схегаы укладки белковой цепи в нативные конформации, оказала бота М. Левитта и К. Чотиа по классификации пространственных струкр сравнительно неболыпой группы белков с преимущественным содеранием вторичных структур на четыре группы [а), [«)), [а+ ])) и [а)])) 47]. Авторы предложили изучать пространственную организацию этих )йелков не на уровне конформационных состояний отдельных остатков, а с помощью вторичных структур, беря последние прямо из опыта или оценивая их брутто содержание с помощью статистических методов. При ятом неизбежно снижаются требования к ожидаемой информации и появляется возможность решать вопросы о порядке и природе взаимодейвгвий вторичных структур друг с другом, способах укладки а-спиралей относительно [)-складчатых листов, предсказательных алгоритмов таксономических групп Левитта и Чотиа и т.д.
(подробнее см. [107]). Как прежде из анализа первичных и третнчных структур белков выводились зависимости и правила упаковки отдельных аминокислотных остатков во вторичные структуры, так и теперь стали изучать направления свертывания полипептидных цепей в высокомолекулярных белках, анализировать контактные поверхности между сближенными участками а-спиралей и [)-структур и выводить правила упаковки отдельных вторичных структур в супервторичные.
И если раньше, в 1967 г., Г. Фасман, имея в виду регулярные формы полипептидов, утверждал: "Общепризнано, что лишь несколько конформаций, благодаря своей внутренней термодинамической стабильности, будут встречаться наиболее часто и, по-виднмому, именно они составляют общую основу белковой структуры" [!48. С.
594], то теперь, по прошествии более двух десятилетий (!989 г.), он, также отражая господствующее мнение, полагает, что "супервторичные структуры являются главными компонентами доменов, которые при взаимодействии образуют трехмерные конформации белков" [149. С. 236]. Заключения Фасмана близки по своей сути и отличаются лишь смещением акцента с вторичных структур на супервторичныс и домены как их комбинации. Существенно, однако, то обстоятельство, что изучение более высоких уровней структурной организации белков стало проводиться не после решения задач о формировании регулярных и нерегулярных структурных элементов на локальных участках последовательности, выяснения причин образования а-спиралей и [)-структур и выработки надежных правил их идентификации.
Эти задачи так и остались нерешенными, как сохранился и чисто эмпирический подход к поиску их решения. В итоге, на мой взгляд, был сделан шаг не вперед, в направлении более глубокого осмысления структурной организации белковых молекул и механизма их сборки, а в сторону от проблемы. В работах К. Чотиа [150 — 152], М. Левитта [153-155], Ф.
Коэна [156-158], К. Коэна и Д. Парри [159], Г. Фасмана «160], М. Стернберга и Л>к. Торнтона [161-!66] и их соавторов, а также других исследователей разрабатываются эмпирические правила упаковки вторичных структур, нахождения областей инициации свертывания, отнесения белков к одной из групп супервторичных структур н т.д. Главным направлением работ 1980-х годов становится сборка преформированных вторичных структур в супервторичные и третичные. Одним из первых исследований такого плана является работа Р. Ричмонда и Ф, Ричардса [167].
На пути к пре, сказанию пространственного строения миоглобина авторы рассчитала практически все (-3 . 10") способы ассоциации шести (из восьми) главна,„ а-спиралей белка, приняв их конформации такими же, какими они были определены рентгеноструктурным анализом. Из рассчитанных комбинаций известных структурных элементов найдено две, удовлетворяющие плот. ной упаковке, непрерывности цепи и геометрическим условиям ветрова„ гема. Такой же подход и с тем же успехом (среднеквадратичное откло. пение атомов С" -4,5 А) был использован для этого жс белка Ф.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
