Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 143
Текст из файла (страница 143)
Однако в подавляющем большинстве случаев сейчас, как и ранее, авторы теоретических и эмпирических исследований структурной организации пептидов и белков продолжают исходить из предположения, что конформационное состояние основной цепи определяет ориентации боковых цепей, а не наоборот, Если бы это было действительно так, то структуры всех белков, имеющих одинаковые основные цепи, мало чем отличались бы друг от друга. По аналогичной причине в рассматриваемых ниже работах, которые посвящены полной реконструкции трехмерной структуры белка, задача решается чисто формальным образом, вне связи с физикой реального механизма свертывания белковой цепи в натнвную конформацию. Ориентации боковых цепей рассчитываются при фиксированной форме основной цепи, которая 525 моделируется путем анализа гомологичных белков, берется непосред.
ственно из известной кристаллической структуры исследуемой молекул, или, что совсем ненадежно, предсказывается эмпирическими корре„ циями. Ряд методов строится на идее о том, что конформационные состояни„ боковых цепей могут быть представлены ограниченным числом кано. нических комбинаций двугранных углов )1, отвечающих хорошо известным стереохимическнм правилам [308-315]. Идея канонических форм боковых цепей сама по себе плодотворна.
Однако автономное использование таких форм прн заданной структуре основной цепи, а не в качестве составной части метода априорного расчета конформаций белков, базирующегося па физической теории, встречается с большими трудностями [31б-318] При формальном подходе они обусловлены большим количеством структурных вариантов и значительным разбросом значений углов 2 в пределах локальных минимумов. Кроме того, анализ конформационных состояний боковых цепей остатков, не зависимый от основной цепи, в теоретическом отношении малоперспективен. В методе Н. Саммерса и М. Карплюса [319-321], представляющем собой дальнейшее развитие метода Б. Гелина и М.
Карплюса [322], задача с ориентациями боковых цепей упрощается посредством представления последних жесткими волчками, т.е. атомными группами, не имеющими, кроме 2ь других конформационных переменных. Для застывших боковых цепей были построены так называемые КК-карты ("п8[б-гогог-гпарз"), которые в дальнейшем использованы как их своеобразные энергетические фингерпринты. С помощью этого метода описаны структуры С-концевых доменов аспартатных протеиназ [321).
М. Левитт [230] и независимо Дж. Уендолоский и Ф. Салемма [259] разработали уже упоминавшуюся процедуру достройки структуры белка недостающими частями, которая позволяет определять положения боковых цепей и атомов 1ч, С' и О основной цепи по заданным координатам атомов Се и с привлечением банка данных трехмерных структур белков, полученных с высоким разрешением. Метод включает усреднение беспорядочно выбранных конформационных состояний боковых цепей и минимизацию энергии при жестком ограничении положений атомов С'. Среднесгатистическая ошибка рассчитанных моделей 8 белков колебалась в пределах 0,91-1,73 А при учете всех атомов и в пределах 1,40 — 2,40 А при учете атомов боковых цепей [230].
Сходная компьютерная программа ранее была использована У. Кэбшем и К. Сандером [190] в рентгеноструктурном анализе комплекса актина с деэназой 1. Литература последних лет содержит еще ряд публикаций, касающихся методологических аспектов полной реставрации белковой структуры по заданной конфигурации основной цепи; имеются также работы с изложением результатов расчета конкретных объектов [323 †3]. Однако ни в идейном, ни в практическом отношении онн не внесли что-либо принципиально нового и поэтому могут рассматриваться как вариации на тему, подробно изложенную выше. Надежность всех методов конструирования конформационных моделей белков на основе известных трехмерных структур гомологов определяется объемом используемого 526 расчете экспериментального материала и степенью идентичности амикислотных последовательностей.
В любом случае речь не идет )00% гарантии. Радикальные изменения в структуру белка могут внести 1япке единичные замены аминокислот. Классическими примерами здесь авляются мутанты гемоглобина. Замещение в нем одного остатка 1яутаминовой кислоты на остаток валина или лизина приводит к двум агпзличным, но одинаково страшным заболеваниям крови. Свежими иллюатрацнями воздействия единичных замен могут служить мутанты 2-рейрессора [3341. Г л а в а 18 ГИПОТЕЗА О СТЕРЕОХИМИЧЕСКОМ ГЕНЕТИЧЕСКОМ КОДЕ В предыдущих главах книги были рассмотрены возможности и перспективы развития двух альтернативных подходов (эмпирического и теореФического) к изучению свертывания белка и принципов его молекулярной структурной организации. В настоящей главе изложен еще один подход, ажающий принципиально иной взгляд на решение тех же проблем, Он сходит из предположения о наличии стереохимического генетического Йода, ответственного за сборку белковой цепи в биологически активную Фуехмерную структуру.
Мысль о существовании второго генетического кода возникла вскоре за Ь становлением Г. Кораной, М. Ниренбергом и Р. Холли в первой половине -х годов полного словаря генетического кода, определившего правила ~р ансляции линейных последовательностей информационных РНК в ами,Йокислотные последовательности. Правила оказались простыми, и поэтому показалось естественным предположение о возможности сущестВования подобного кода, теперь уже стереохимического, который, будучи йепосредственно связанным с химическим кодом, управляет трансляцией яходящих с полирибосом линейных аминокислотных последовательностей в 15иологически активные трехмерные структуры белков или их пред1вественников. Идея о втором генетическом коде родилась в конце 29б0-х годов, в завершающий период становления молекулярной биологии, йогда в течение предшествующих двух десятилетий открытия величай1пей важности следовали одно за другим с редкостной частотой, Вот их далеко не полный перечень: определение аминокислотных последовательностей первых белков, установление структуры и биологических функций ЯНК и всех типов РНК, выяснение принципиальной схемы рибосомного аинтеза белков, получение ДНК и РНК вне организма, открытие матричного механизма самовоспроизведения, расшифровка трехмерных структур белковых молекул и тРНК, обнаружение структурной самоорганизации молекулярных и надмолекулярных биосистем — конвариантной ре))упликации (ДНК), обратной транскрипции (синтез ДНК на РНК) и 527 самосборки (белки, рибосомы, тРНК, хромосомы, вирусы).
Было показан что практически беспредельная изменчивость и великое разнообразя внешних форм живого имеют место при постоянстве химического состава и тождественности процессов обмена веществ н энергии. т.е прв общности для всех биологических систем тех первичных и уникальны„ молекулярных механизмов, которые, в конечном счете, обусловливают остальные атрибуты жизни.
Время 1950-1960-х годов можно смело отнести к одному из самьж романтических периодов в истории биологии. Воображение исследователеи поражала не только многочисленность фундаментальных достижеюпз устанавливающих универсальность морфологических, физиологических я эволюционных принципов живой природы, но, быть может еще в болыцев мере, открывающиеся благодаря этим достижениям удивительная целесообразность и мудрая простота структурной организации элементарных биосисгем, как и захватывающая перспектива дальнейших исследований. Действительно, нельзя было не удивляться несложным хпми ческнм типам белков, ДНК и РНК.
Расшифрованные первыми ~рехмерные структуры миоглобина и гемоглобина, хотя н имели иррегулярную молекулярную конструкцию, тем не менее, более чем иа три четверти состояли из регулярных а-спиралей, ранее обнаруженных у фнбриллярных белков и гомополипептидов. Э. Чаргаффом были выведены очень простые соотношения между нуклеотидными остатками ДНК, а Дж. Уотсоном и Ф. Криком сконструирована изящная и чрезвычайно рационально построенная модель двойной спирали ДНК. Для многих исследователей успехи романтического периода послужили не только вдохновляющим примером, но и породили у них поверхностное представление о том, что изучение элементарных биосистем непременно должно приводить к быстрым и простым решениям, что от молекулярной биологии можно ждать любых чудес.
Вера в почти неограниченные возможности данной области знаний, причудливым образом переплетаясь с многими другими сферами сознания людей, часто служила причиной появления различных коллизий человеческого ума со свойственными ему фантазиями, ошибками и заблуждениями. Касаясь этой темы, Ф.М. Достоевский писал "Да, иногда самая дикая мысль, самая с виду невозможная мысль, до того сильно укрепляется в голове, что ее принимаешь, наконец, за что-то осуществимое... Мало того: если идея соединяется с сильным, страстным желанвем, то, пожалуй, иной раз примешь ее, наконец, за нечто фатальное, необходимое, предназначенное, за нечто такое, что уже не может не быть и не случиться! Может быть, тут есть еще что-нибудь, какая-нибудь комбинация предчувствий, какое-нибудь необыкновенное усилие воли, самоотравление собственной фантазией..." [343.
С. 369]. В бурный период развития науки особенно резко возрастает разрыв между знанием и пониманием. Знание обретается в процессе практических опытных исследований и обнаружения новых фактов и явлений, а понимание, т,е. осмысление этих фактов и явлений, может возникнут~ только при наличии достаточно строгих теорий, разработка которых естественно, отстает от экспериментальных открытий. до появления таких теорий потребность в трактовке опытных данных вынуждена удовлетворяться разного рода предположениями„гипотетическими представлениями, феноменологическими описаниями и даже спекулятивными соображениями, часто взаимоисключающими друг друга. В 1847 г. 10, Либих в полемике с Г. Мульдером, автором первой несостоявшейся протеиновой теории белка, высказал мнение, имеющее глубокий смысл и остающееся актуальным для многих современных, в том числе и обсуждаемых в этой главе, теоретических построений: "Теория в естественных науках никогда не бывает абсолютно правильной; она верна только на тот период, в течение которого имеет распространение; теория является самым близким и наиболее точным выражением знаний и наблюдений своего времени.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
