Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 141
Текст из файла (страница 141)
Сравнение 130 пар структурно гомологичных белков с отличающимися аминокислотяыми порядками показало, что значительное отклонение в положениях и длинах сегментов вторичных структур во многих случаях может происходить в пределах приблизительно одинаковых пространственных форм свернутых цепей. Иными словами, отличия в двух близких аминокислотных последовательностях в большей мере отражаются на вторичных структурах, чем на трстичных. Поэтому, полагают авторы, важна не локализация а-спиралей, 1з-складчатых листов, р-изгибов и П-петель с точностью до одного аминокислотного остатка, а их ориентировочное отнесение, совместимое с нативной конформацией гомологнчного белка, установленной экспериментально. Включение информации о белковых семействах ведет к увеличению показателя качества Оз до 70,8%, что соответствует точности экспериментального определения вторичных структур с помощью спектров КД. Однако в развитом Ростом и Сандером методе упрощение проблемы предсказания вторичных структур и на их основе третнчной столь велико и бесконтрольно, что грани между благими желаниями авторов, субъективным восприятием ролученных результатов и декларируемыми количественными показателямн точности становятся неразличимы.
В заключение этого раздела можно следующим образом суммировать характерные особенности, присущие всему циклу эмпирических исследований, направленных на поиск зависимостей между аминокислотной 'последовательностью, трехмерной структурой и механизмом спонтанного свертывания белка (подробнее см. П07. Ч. 1П). 1. В основе всех поисков предсказатсльных алгоритмов лежит конформационная концепция Полинга и Кори, согласно которой трехмерная структура белка представляет собой ансамбль регулярных вторичных структур.
2. Эмпирические корреляции структурной организации белка базируются на гидрофобной концепции Козмана, т.е. на представлении о белковой глобуле, состоящей нз гидрофобного ядра и гндрофильной внешней оболочки, 3. Во всех эмпирических исследованиях пространственного строения белковых молекул избегают илн упрощают рассмотрение взаимодействий Между аминокислотными остатками. 4. В алгоритмах предсказания вторичных структур речь всегда идет лишь о форме основной цепи при полном игнорировании конформационных Ростояний боковых цепей амннокислотных остатков. Перечисленные особенности корреляционных методов предсказания Меизбсжны при эмпирическом подходе.
Отказ от одного из ннх равносилен 'отказу от решения подобным образом структурной проблемы белка. 519 Поскольку все особенности противоречат природе рассматриваемог~ явления и экспериментальным фактам, то такой путь в познаватель. ном отношении следует считать бесперспективным в принципе [25, 2б 233). 17.3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МОДЕЛИ Поиски решения проблемы структурной самоорганизации белковы„ молекул, начатые еще в 1920-х годах К. Мейером и Г. Марком и продол. женные У. Астбэри, М.
Хаггинсом, Л Бреггом, Дж. Берналом, Л. Полив гом и другими выдающимися исследователями, велись на протяжении почти всего текущего столетия История этих поисков изложена в предыдущем томе данного издания. Настоящая книга посвящена теоретическим аспектам проблемы и анализу работ последних двух десятилетий. Теоретические разработки последнего периода можно разбить иа две большие группы, каждая из которых, в свою очередь, подразделяешься на множетво вариантов. Во всех случаях главным препятствием на пути х познанию механизма свертывания белковой цепи в нативную конформацию считается проблема идентификации глобального минимума среди практически бесконечного количества локальных минимумов потенциальной поверхности белка, В работах первой группы, рассмотренных в разделе 17.1, достичь желаемой цели пытаются путем усовершенствования алгоритмических схем, компьютерных программ и процедур минимизации энергии, подходя к проблеме с формальной стороны.
В главах 2 и 7 [см. разд. 7.3) была показана не только принципиальная невозможность решить проблему множественности минимумов потенциальной поверхности белков, но и ошибочность самого представления о ее существовании, Поскольку такой проблемы нет, по крайней мере, в том виде и в той формулировке, которые являются общепринятыми [28], то стремление познать процесс самоорганизации белковой цепи только за счет совершенствования методологических приемов [несмотря на очевидное его положительное значение) не может вывести исследования данной направленности из тупикового состояния.
Во второй группе работ, также посвященных изучению структурной организации молекул белка, выход пытаются найти в конструировании моделей, которые могли бы примирить расчетные возможности теоре. тического подхода с необходимостью получения физически обоснованных результатов или, иными словами, позволили бы количественно описывать глобальную по энергии нативную конформацию и механизм ее сборки опираясь только на знание аминокислотной последовательности. Обойти проблему множественности минимумов здесь пытаются путем сверх. упрощенного моделирования белка, создания плоских и пространственных решетчатых моделей (см. разд.
17,1) и использования эмпирических корреляций [см. разд, 17.2). Помимо иллюзорности самой проблемы. нз этом пути допускаются еще две ошибки принципиального порядка Одна из них вызвана привлечением чрезвычайно простых моделей и сос~оит в пренебрежении к эволюционно отобранной химической структуре беля~ 520 ййежду тем. белковая цепь среди всех существующих природных и искусственных полимеров уникальна в отношении своей длины, состава и порядка расположения аминокислот, ибо только она склонна к самоврганизации и образованию плотно упакованной стабильной пространВгвенной формы [109). Вторая принципиальная ошибка заключается в неадекватной оценке проблемной ситуации. Конкретно, это проявляется я использовании при изучении статистико-детерминистического процесса епонтанного свертывания белковой цепи, являющегося естественным рбъектом нелинейной неравновесной термодинамики, классической равнойесной термодинамики, которая в принципе не может описать самопроизвольное возникновение порядка из хаоса как результат случайиоиоискового механизма (см.
разя. 2.1 и [107, 108[). Отмеченные противо~ения отсутствуют в разработанных автором книги бифуркационной йеории свертывания природной амннокислотной последовательности (см. азд. 2.1), физической теории структурной организации белка (см. взд. 2.2) и методе конформационного анализа пептидов и белков (см. зд. 7.1 и 7.2).
Возможность априорного расчета натнвной конформации [йелка и надежность получаемых результатов продемонстрирована в нс~йаедованни пространственного строения сложных олигопептидов (см, л. 10 — 13), низкомолекулярных белков нейротокснна 11 (см. гл. 15) н анкреатического трипсинового ингибнтора (см. гл, 16). В последнее десятилетие сложилась еще одна, достаточно самооятельная группа расчетных конформацнонных исследований, отлнющихся от работ, рассмотренных в двух предшествующих разделах ой главы, постановкой задачи и методологией. В ннх не ставится даже перспективе цель решить теоретическим или эмпирическим путем облему структурной самоорганизации белка; фактически имеет место каз от установления логической и количественной зависимости между имическим и пространственным строением белковой цепи.
Главной обенностью таких исследований является прямое включение в растные схемы экспериментальной информации, прежде всего данных нтгеноструктурного анализа белков и реже ядерного магнитного резоанса. При этом, естественно, снижается научный потенциал и познавальная ценность результатов расчета, однако возрастает их практичея значимость. В работах с использованием сверхупрощенных и решеттых моделей, а также предсказательных эмпирических корреляций по еству отсутствовало и то, и другое.
В экспериментальной расчетной модели белка, у которого известна лько аминокислотная последовательность, начальным структурным риантом может служить ранее установленная нативная конформация гомолога. Это основополагающее допущение данного подхода и оно м более вероятно, особенно в отношении активных центров, чем ближе гомологнчных белков субстратные специфичности и биологические йства. Количественных объективных критериев здесь, однако, нет, и ~бор белка известной структуры в качестве геометрического шаблона ледуемого объекта практически всегда произволен.
Например, для счета конформации а-лактальбумина стартовой послужила структура зоцима [234), конформаций трех ннгибиторов яда змей — структура 521 бычьего панкреатического трипсннового ингибитора [235], а ангиогенина структура рибонуклеазы А [236). В том случае, когда при совпадении физиологических свойств белков и„ последовательность отличается небольшим числом аминокислотных ос татков, вставок или делеций, гарантия сохранения одинаковых трех. мерных структур весьма велика. Выполненный в 1982 г. А.А. Завальным и автором данной монографии априорный расчет конформациониых возможностей фрагмента [.еп'-Суззз пяти гомологов нейротоксина д имеющих на этом участке от одной до пяти аминокислотных замен привел к заключению, что различия в последовательностях практически не сказываются на форме пептидного скелета и геометрии дисульфидиого мостика Суза-Суззз [1), Все остатки гомологов легко встраиваются в рассчитанную для нейротоксина трехмерную структуру, не вызывая ее дестабилизации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
