Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 139
Текст из файла (страница 139)
Нишикавой [185], который также в качестве примеров рассмотрел три уже упоминавшихся алгоритма: Чоу н Фасмана, Робсона и Лима. При идентификации трех состояний (а-спираль, Р-структура, клубок) точность определялась по показателю качества Оз, дающего наиболее оптимистические оценки [см. ниже), а при идентификации четырех состояний [а-спираль, [)-структура, [)-изгиб, клубок) использовался показатель О,, занижающий вклад отрицательных предсказаний н более реально отражающий действительные возможности методов [184]. Рассчитанные Нишикавой показатели качества Оз попали в интервал 50-53%, а О~ — 40-$2%.
В результате обращения к количественной оценке эффективности Предсказательных алгоритмов стала очевидной их малая достоверность. Примечательно, что при использовании объективных характеристик точности н привлечении большего экспериментального материала, низкий 511 Таблшге 1917 Солергканне вмннокнглотных огтагкоа в а-еннралнх белков уровень предсказания был обнаружен у всех существующих методов и, следовательно, его нельзя объяснить методологическими особенностями каждого из них.
Напрашивается мысль об общей для всех методов причине их низкого качества, имеющей принципиальный характер. Этой причиной является не выдержавшее испытание временем (опытом) представление Полинга и Кори о глобулярных белках как ансамбле вторичных регулярных структур, в стабилизации которых доминирующая роль принадлежит пептидным водородным связям.
В табл. 1Ч.17 отражена тенденция аминокислотных остатков встраиваться в а-спираль. В ней приведены результаты статистической обработки Дж. Ричардсоном и Д, Ри. чардсон (!86, 187) 215 а-спиралей в 45 белках с наиболее богатым содержанием вторичной структуры. Во втором столбце таблицы указано процентное содержание аминокислотных остатков в а-спиралях (А), в третьем и четвертом — в последовательностях базовых белков (В) и множества белков позвоночных (С) [146, 188), а в последних двух — отношения А/В и А/С, отражающие склонность остатков встраиваться во взоричную структуру.
При отсутствии такой тенденции отношения равны 1. Величины, превышающие 1, свидетельствуют о предпочтитель- 512 Нгг ТР ту Рье аег Тат Аго Ахр 1.уа пе Ча1 1ла С1н С!а Суг О!у А1а Ага Мн Рго 2,6 1,5 2,9 6,3 5,2 6,5 8,2 4,7 6,2 7,8 4,3 6,0 1,8 7,4 10,4 3,0 2,2 2,9 2,1 1,3 3,4 3,8 6,9 6,! 4,5 6,0 6,7 5,1 7,1 7.7 З,б 5,6 2,4 8,7 9,0 3,8 1.8 4,5 2.2 1,3 3,2 4,! 7,0 5,6 4,1 5,4 6,5 5,0 6,8 8,7 3,9 6,8 2,5 7,6 7,2 4,9 2,3 4,9 1,2 1,1 0,8 1,0 0,9 0,8 1,0 1,1 1,2 0,9 0,9 1,0 1.2 1.1 0,7 0,8 1,1 0,8 1,2 0,6 12 1,1 09 1.0 ол 0,9 1,1 ! о 0,9 09 0,9 1.1 0,9 0,7 1.0 1.4 О.б 1,0 0,6 и соответствующих остатков входить в а-спирали, а величины ньше 1 — избегать их.
Учитывая специальный отбор 45 базовых белков, жно было ожидать, что отношение А)В окажется особенно чувствиьным к проявлению этих тенденций. Полученные значения А/В и А/С весьма близки и незначительно отличаются от 1. Следовательно, даже в йвлках с большим содержанием и-спиралей относительное распределение йвтатков на регулярных и нерегулярных участках последовательностей ялизко к среднестатистическому, естественному распределенинь Индифферентное отношение стандартных аминокислот к а-спиралям указывает ва то, что а-спирали образуются в трехмерных структурах белков не бвагодаря наличию у ннх индивидуальной склонности к данной вторичной структуре, а за счет кооперативного эффекта природных аминокислотных воследоватсльностей.
Решающая роль, таким образом, принадлежит не Этдельным остаткам, а их сочетаниям в цепи. Число последних пракзйчески бесконечно, и поэтому предсказать их эмпирическим путем не представляется возможным. Нет сомнения, что вывод о способности всех аминокислот входить в аяииральные фрагменты белковой цепи справедлив и в отношении [)- уктуры.
На отсутствие у аминокислот избирательности к двум альтертивным вторичным структурам указывают, например, результаты анафяза Кэбша и Сандера 62 белков [-10000 остатков) с известными трехмер!в)ями структурами [189, 190). В исследованных белках были, в частности, [)бнаружены 25 пентапептидных фрагментов, идентичных по последова- В льности, но существенно отличающихся по пространственной структуре. же самые пять аминокислотных остатков у одних белков входят в аЭпирали, у других образуют[)-складчатые листы, а у третьих составляют зличные нерегулярные структуры. Подобные примеры не единичны. , гексапептидный фрагмент Ча)-С!п-).ев — 1!е-Агй-О!у в трехмерной Этруктуре нейраминидазы имеет и-сниральную конформацию [191], а в Р уктуре белков вируса табачной мозаики — [)-складчатый лист [192). различных формах (а-спиральной и р-структурной) реализуется также [[ексапептидная последовательность Азп — А!а — А!а — 1!е-Агй-Бег у фосфоуктокиназы [193) и термолизина [194, 195) (другие примеры см.
[!96, 97)). Дж. Лещинский и Г. Раузе проанализировали 67 белков известной й!7зуктуры, обладающие 270 П-петлями, к которым они отнесли полно- Г ью нерегулярныс участки белковой цепи протяженностью от 6 до ; 6 остатков с расстояниями между Х- и С-концами 3,7-10,0 А [198). Структуры, удовлетворяющие таким требованиям, могут принимать от Зз до Зэ Различных форм основной цепи. Поэтому их предсказание на основе Эмпирического подхода исключено.
К этой же мысли подводит и более поздняя работа Ф. Коэна и соавт. [199), в которой предпринята попытка, оказавшаяся неудачной, классифицировать встречающиеся в белках ЙЭетли. Результаты анализа П-петель у большого количества белков, несмотря !)а принципиальную недостижимость поставленной Лещинским и Раузе це«и, интересны по ряду других причин. Во-первых, показано, что так называемые 12-петли представляют собой высококомпактные участки белка, !7. Пробвемэ белка, т ! 5!3 Таблице !Р !8 Кавффвииситы всгрсчаемасги 0) амииокислотиых остатков в й-петлях трехмсриых структур белков Амико- у кислотиый Амиио- кислотвый остаток остаток остаток остаток зег сух йы тпг 1 75 1,2 1,1 1,1 1,1 1,0 017 Рго !ус Агр Агп 1,3 1,3 1,3 1,2 1,2 01п Агх Рпе тр т!55 0,9 0,9 0,9 0,9 0,8 А1а 0,8 1.еп 0.8 бе 0,7 Мп 0,7 'т'а! 0,6 й р и м е ч а и и ау= !хух!7!л 7л), гпе х!-количество амииокислотиых остатковтипа к в й-петлях; х,— количество остатков типа х в белках; л, — общее количество остатков в й-петлях; л, — общее количество остатков в белках.
514 образование которых в процессе свертывания не менее энергетически выгодно, чем образование а-спиралей и [)-структур. Следовательно, широко распространенное мнение об исключительной энергетической выгодности регулярных вторичных структур и наибольшей скорости их формирования при свертывании белковой цепи лишено серьезных осло. ваний.
Во-вторых, было установлено, что в подавляющем большинстве случаев петли находятся на поверхности глобул и поэтому могут играть определяющую роль в функционировании белков и их конформациоиной подвижности [200 — 202]. В-третьих, анализ аминокислотного состава й-петель не выявил остатков, наделенных заметной потенцией встраиваться именно в этот вид нерегулярной вторичной структуры.
Такое заключение с неизбежностью следует из сопоставления рассчитанных Лещинским и Раузе [198] коэффициентов нстречаемости аминокислот в 82-петлях. Из табл. 1Ч.18 видно, что отклонения этих коффициентов от 1 как в положительную, так и в отрицательную стороны невелики, что хороню коррелируется с данными предшествующей таблицы. Если табл.
1Ч.17 демонстрирует индифферентность аминокислот по отношению к регулярной вторичной структуре, то табл. 1Ч.18 — по отношению к нерегулярной. И здесь объективный анализ показывает, что присутствие любого стандартного аминокислотного остатка в а-спирали, ]]-структуре, []-изгибе или Й-петле не есть проявление его имманентных свойств. В течение, многих лет, начиная с 1971 г., Робсон занимается разработкой методов предсказания вторичных структур, основанных на теории информации [136, !37, 170, 203-206].
В 1978 г. Робсон и соавт. [207] предложили новый метод, получивший название ООК1 [аббревиатура первых букв фамилий авторов). Позднее возникли две его модификации, ООК11 и ООКП1 [208, 209]. Первый вариант [207] построен на предположении о независимости конформационных состояний остатков в трехмерной структуре белка. Во втором [208] — учитываются взаимодействия каждог~ остатка 7 с последующим 7 + т [т < 8) с помощью так называсмых направляющих информационных параметров, которые рассчитываются по Таблица Лl !9 Достоверность предсказания трех вариантов метода СОП (207-2091 - 4500 8898 9472 8898 9472 — 12600 11237 12433 49,0 46,1 42,6 25 51 55 51 55 75 68 74 56,0 54,7 56,0 СОК! 46,1 46,5 53,8 57,7 56,9 СОН! 63,0 61,7 СОД!11 51,9 П р и м е ч а н и е.
Качество предсказания 9= г", 1л, где: г", — количество правильно 5' ' 5' предсказанных остатков в состоянии 5; и — общее число остатков в последовательности. 5!5 частотам всгречаемости пар остатков на участках ! - ! е лг четырех (П, Е. Т, С) или трех (П, Е, (Т + С)) типов структур, где Н вЂ” а-спираль, Š— ))- структура, Т вЂ” 1)-изгиб и С вЂ” неупорядоченное конформационное )ростояние. Наивысшим уровнем информации в принципе располагает вариант ООКП1 [209), поскольку в нем принимаются во внимание взаимодействия у-того остатка не только с каждым последующим (2'+ т), но н с 8!редшествующим ( !' — гн), где т < 8. Значения соответствующих 5гоэффициентов, названных парными информационными параметрами, как 81 в варианте ООКП, определялись для четырех и трех состояний эмпирически.
Несмотря на безупречность математической стороны моделей Робсона, (зни лишены физического смысла, поскольку не отражают реальной структурной организации белковых молекул, где взаимодействия нс адднтивны, а кооперативны, и не опираются на необходимый для корректного учета вех же адднтивных парных взаимодействий объем экспериментального материала. Даже при справедливости моделей ООКП и ООК1П получение достоверных статистических данных о взаимообусловленности конформа- 8(ионных состояний только двух остатков требует набора базовых белков, !го крайней мере, на два †т порядка больше использованного.Несовершенство методов СОК наглядно демонстрирует табл.1Ч.19.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
