Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 67
Текст из файла (страница 67)
Один из используемых подходов к решению конформационной задачи сложных пептидов, не выходящий за рамки рассматриваемого метода наращивания цени, заключается в замене интуитивной селекции оптимальных форм фрагментов для последующего счета исследователем с помощью статистической процедуры Монте Карло [164-170]. Поскольку исчерпывающее исследование всех минимумов потенциальной поверхности по-прежнему остается недостижимым, подобный способ упрощения задачи вряд ли что-либо меняет по существу Предоставляя выбор случаю, он как бы снимает с исследователя ответственность за результат расчета и создает видимость его объективности. Метод деформации с одновременной минимизацией энергии.
3. Ли и Г. Шерага разработали процедуру поиска глобальной конформации пепти- 242 зва, основанную на минимизации энергии в случайно выбранных локальных Ппзимумах потенциальной поверхности [Монте Карло минимизация) при пгеспорядочной деформации единичных двугранных углов в области от 0 до ззя (171, 172]. По завершении итерационной операции новая конформация язроходит проверку по так называемому критерию Метрополиса [173] и гринимается для дальнейшего анализа или отбрасывается.
Подобный подход вскоре был использован рядом исследователей. В методе ип пай. Саундерса, получившем название стохастического [174], большие э[вфоРмации пРоизводЯтсЯ в декаРтовых кооРдинатах атомов, но, как и У р, Ли и Г. Шераги [172], вызываются локальной минимизацией. Метод д, Фергюсона и Д. Рабера также основан на беспорядочно возникающей пульсации и минимизации [175]. В методе Г. Чанга и соавт.
[176], принципиально не отличающемся от упомянутых выше, деформация затрагивает двуграиные углы, а локальная минимизация энергии выполняется в декартовых координатах при полностью лабильной геометрии молекулы. ,Проверка процедуры, включающей большие деформации с одновременной двинимизацией, была проведена на циклогептадекане н дала удовлетвопительные результаты [177]. Лишь недавно она была использована в дпнформационном анализе олигопептидов [178].
Усовершенствование рассматриваемой процедуры направлено на уменьшение полного произвола в выборе новой деформации. С этой целью в Работах Г. Шераги и соавторов были привлечены метод самосогласованиого электрического поля [179 — 181] и поляризационный метод ориентации диполей различных частей молекулы [182]. В обоих случаях предпочтение отдается выбору, ведущему к уменьшению энергии электростатических взаимодействий. Р. Абагян н М. Тотров, стремясь к тому же, используют функции распределения конформационных точек белков, трехмерные структуры которых известны, в пространстве аз — у и т [183]. Метод деформации с одновременной минимизацией энергии, как и дюбой из существующих методов конформационного анализа пептидов и ~елков, не в состоянии количественно оценить всевозможные структурные йариаиты сложного объекта, составленные из предпочтительных по энер][пи форм свободных амннокислотных остатков.
Более того, и это также ]8вляется принципиальным недостатком, метод не обеспечивает объективдый контроль получаемых результатов и не гарантирует от пропуска Р рспективных для последующего расчета конформацнй. Его существене ограничение состоит в быстром увеличении компьютерного времени с фсложнением системы; так необходимое для каждой локальной оптимизай[ии время увеличивается по меньшей мере квадратично росту перефенных; одновременно возрастает число шагов и число итераций каждого йяага [13б]. Метод температурного "отжига".
Подход достаточно универсален и «иожет быть использован при изучении самых разнообразных проблем, ф," ванных с оптимизацией. Расчет системы начинается с процедуры Монте рло при повышенной температуре и затем воспроизводится прн более низких. График охлаждения — важнейший элемент данного метода. Если й)и выполняется соответствующим образом, то исследуемая система [в Машем случае, конформационно лабильный пептид), постепенно "замо- 243 раживаясь", принимает состояние, отвечающее самой низкой энергии [т.е. глобальной трехмерной структуры) [184-187).
Присущий методу не достаток состоит в крайней чувствительности конечного результата х графику охлаждения. И хотя при рассмотрении некоторых проблем связанных с минимизацией, и были найдены удовлетворительные решения [188], тем не менее выбор оптимального режима понижения температуры как правило, является уделом "проб и ошибок". Техника "отжига" в конформационном анализе пептидов и белков часто используется в комбинации с методом молекулярной динамики, в котором температура вводится в расчет посредством кинетической энергии. Самыя простой и наиболее распространенный алгоритм этого метода был предложен Х.
Берендсеном и соавт. [189]. Сравнение его с другими алго. ритмами метода молекулярной динамики выполнено в работе (190]. Комбн. нированный метод динамического "отжига" применяется в анализе более или менее сложных пептидов, однако непременно с использованием экспериментальных ограничений, получаемых от рентгеноструктурной кристаллографии и ЯМР [191-194]. Расчет, таким образом, сводится к уточнению уже известной структуры или выбору из небольшого числа предполагаемых вариантов. В разработанном М.Сноу подходе привлекаются данные о гомологии белков (195, 196]. Метод "отжига" широко используется, правда с переменным успехом, в конформационном анализе простых пептидов [197-200], причем наиболее популярным объектом является энкефалин, конформационно достаточно простой эндогенный пентапептид, содержащий два остатка О!у [200-206).
Дж. Хиго и соавт. (207) предложили процедуру длительного "отжига" в комбинации с методом взвешенного набора переменных [208] и минимизацией энергии по вторым производным, позволяющим судить об анизотропии потенциальной поверхности. Авторы использовали процедуру для расчета конформационных состояний пептидных петель в белках, структуры которых известны [209). Метод статистической информации. Это целое семейство процедур, в которых для отбора конформаций, служащих исходными приближениями в последующем расчете, используется разного рода вероятностная информация. Ее источником может быть банк данных белковых структур, статистическое распределение остатков на конформационных картах <р — ~у, усредненная предпочтительность парных остаток-остаточных контактов или алгоритмы предсказаний вторичных структур [210-216].
Очевидно, данные такого рода ориентировочны и могут скорее ввести в заблуждение, чем помочь в решении структурной проблемы пептидов я тем более белков. Конформацнонные возможности каждого из них определяются не статистикой, а определенной и всегда уникальной аминокислотной последовательностью, Показательно в этом отношении исследование М, Ламберта и Г. Шераги [210-212] панкреатического полипептида из 36 остатков.
В расчет его структуры в качестве дополнительной вероятностной информации привносятся данные о распределении значений двугранных углов основной цепи в четырех областях конформационной карты д-у и распределении конформационных состояний трипептидных сегментов на нерегулярных участках трехмерных структур белков, изученных кристаллографически.
Набор исходных для оптими- и приближений формируется с Х-конца путем генерации наиболее тных конформаций перекрывающихся трипептидов до тех пор, пока ]ей]]ело стРУктУРных ваРиантов основной цепи полипептнда не достигнет )йзеячи. Затем их энергия подвергается стандартной процедуре минимифции при варьировании торсионных углов. Структура исследованной ф]йябертом и Шерагой молекулы была заранее известна;она состоит нз жаух неправильных спиралей, расположенных визави.
Успех предсказания, йбторый сами авторы считают относительным, заключается в грубоориен,уировочной локализации участка ])-изгиба и положения одной спирали, ьй; Васкес, Г. Немети и Г. Шерага, анализируя возможности метода с йиивлечением статистической информации, замечают, что "...он не может ]пать полезным в отсутствие сведений о дальних взаимодействиях" [136.
2196), иными словами, без знания трехмерных структур. Попытки получить информацию о дальних взаимодействиях с помощью рических корреляций предпринимаются уже в течение последних двух плетнй [217-219]. До сих пор удовлетворительные результаты не ли получены даже для ограниченной части белков, пространственное ~]зоение которых можно грубо представить в виде комбинаций а-спиралей )[з]5-складчатых листов. Такая оценка основывается, в частности, на фаультатах предсказаний трехмерных структур интерлейкина-2, гормона фиста и интерлейкина-4 [214, 220, 221). Для первых двух белков аФсутствует совпадение как в предсказанных и наблюдаемых положениях «.спиралей, так и в характере нх взаимодействия.
Для третьего белка ложения четырех а-спиралей идентифицированы более удовлетвориьно, однако их взаимное расположение предсказано с точностью до борот (указана закрутка супервторичной структуры, противоположная блюдаемой [215, 222-225]). К новым методам теоретического конформационного анализа пептидов 'белков, предложенным и опробованным в исследованиях конкретных ектов, можно добавить еще несколько процедур поиска глобальных анственных форм. Например, разработанный Г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
