Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 69
Текст из файла (страница 69)
Цель решения этой задачи состоит в идентификации конформационно жестких и лабильных участков аминокислотной поверхности. Вторая задача включает анализ невалентных взаимодействий тех и других и многоступенчатую минимизацию энергии с постепенным увеличением длины цепи и раскрепощением конформационных параметров жестких участков, В конечном счете будет получена количественная оценка конформационных возможностей всей белковой молекулы и выявлена ее глобальная нативная трехмерная структура. Этот вывод справедлив, однако, лишь в принципе, а реально ни та, ни другая задача не поддаются решению без введения дополнительных положений о структурной организации нативной конформации белка.
Предоставленная бифуркационной теорией возможность перехода от расчета целой белковой цепи к расчету отдельных фрагментов и далее анализу комбинаций их пространственных форм в огромной степени упростила проблему, но не сделала ее практически разрешимой. Причина та же — множественность локальных минимумов энергии на потенциальной поверхности, правда, теперь уже не всей белковой цепи, а ее конформационно жестких я лабильных участков, которые могут состоять из 1Π— 12 аминокислотных остатков. Как известно, независимому и строгому анализу поддаются 248 иды, длина которых не превышает 4 — 5 остатков. Уже их расчет бует минимизации порядка 10 исходных приближений, что исключает 6 ожность исследования конформационной гетерогенносги аминокислот- последовательности и определения жестких и лабильных фрагментов, Второй идейной основой мстода конформационного анализа пептидов и ов явилась физическая теория их структурной организации.
Основные ожения теории, с одной стороны, представляют собой следствия бикационной теории свертывания белковой цепи, а с другой, отражают я1)пйства, присущие нативным конформацнялз всех белков. ПостулированЙ. е в теории предпочительность внутримолекулярных взаимодействий окислотной последовательности перед ее взаимодействиями с молекурастворителя и согласованность между всеми внутриостаточными ими) и межостаточными (средними и дальними) взаимодействиями фчсрыли принципиальную возможность для поэтапно~о подхода к решеобсуждаемой проблемы (см.
разд. 2.2). Доказательство справеди теории бифуркаций и физической теории структурной организации птидов и белков, в частности, предположения о согласованности в йативном состоянии молекул всех ближних и дальних взаимодействий ентно-несвязанных атомов есть главная, решаемая в последующих авах, задача этой книги. Сейчас лишь отметим, что рассмотренные ше результаты независимых расчетов оптимальных конформаций мно- й!яства моно-, ди- и трнпептидов не вступили в противоречие с имею- щимися экспериментальными данными и сделанными предположениями о з!еханизме сборки и структурной организации белка, Особенно важными для опробации термодинамической и физической теорий и созданного на их основе расчетного метода оказались следующие два результата конформационного анализа простейших пептидов.
Во- )(ервых, было обнаружено, что конформационные возможности амино- дислотных остатков в белках почти полностью определяются ближними взаимодействиями. Влияние даже смежных по цепи остатков не ведет к аовышению энергии, а проявляется лишь в характере распределения конформационных опытных значений двугранных углов <р, у в пределах иизкоэнергетических областей потенциальных поверхностей изолирован- ных молекул метиламидов Х-ацетил-а-аминокислот. Впервые это было установлено Е.М. Поповым н Г.М. Липкнндом в 1971 г. (!08, 109). Во-вторых, проведенный анализ позволил сделать заключение о разном характере и противоположной направленности ближних взаимодействий, с Рдной стороны, и средних и дальних взаимодействий, с другой.
Первые могут проявляться только на небольших расстояниях между валентно- иесвязанными атомами, чаще всего соответствующих области их оттал- кивания. Энергия этих взаимодействий возрастает с уменьшением рас- стояния пропорционально -г '~. Если в пределах остатка и возникают дисперсионные, притягивающие атомы друг к другу взаимодействия, то их виергетический вклад не может диктовать выбор конформационного состояния, поскольку таких контактов мало, а минимумы каждого из них иа отрицательной ветви потенциальной кривой, как известно, неглубоки (-0,1 икал/моль) (см. рис. 1 2 н !.3).
Кроме того, энергия дисперсионных взаимодействий изменяется пропорционально -г, т.е. несравненно мягче 249 изменения энергии отталкивания. Влияние средних и дальних нсвалентньц взаимодействий аналогично по своей природе и направленности влиянии, растворителя, который может сместить положение конформационного равновесия в наборе низкоэнергетических по ближним (внутримолекуляр.
ным) взаимодействиям пространственных форм, но не может оформи. ровать новую конформацию растворенной молекулы, не согласованнук> с мощными силами отталкивания. Тем самым обосновывается предполо жение о гармонии всех видов невалентных взаимодействий атомов 8 структурной организации молекул пептидов и белков.
Последую>цсе изложение многократно подтвердит этот тезис. Наконец, следует отметить еще одну важную особенность рассматри ваемого метода конформационного анализа. Она явилась прямым результатом исследования простейших пептидов и заключается в создании сгруктурной классификации аминокислотных последовательностей, охватывающей все многообразие пространственных форм и оГ>основанной экспериментально и теоретически.
Главная ценность разделения пептидных структур на конформации, формы и шейпы состоит во впервые появившейся возможности перейти от необходимости анализа всех комбинаций низкоэнергетических конформаций свободных аминокислотных остатков, образующих данный пептид (их количество превышает 1О", где и — число остатков в цепи), к анализу отдельных представителей, дающих объективную информацию о конформационных вариантах больших таксономических групп. ЛИТЕРАТУРА 1. Киг/апй Яй., ИГ!!зоп Е.В.
П !. Сьет. РЬуз. 1957. Чо> 27. Р. 585 — 592. 2. Сопит С.С., Оом/гпх АМ. //1Ь>д. 1960. Чо!. 32. Р. 158-165. 3. Оамез М., Еяат АС // 1Ыд. ! 952. Чо>. 20. Р. 342-351. 4. /одел А. Роп В. // Асга сгумаповс 1954. Чо1. 7.
Р. 559-564. 5. К!тига М., Аои М. П Вип. Сьет. Бес. >ар. 1953. Чо!. 26. Р. 429-434. б. Белл Е, Нагйег О. П !. Атег. Сьет. Бос. 1940. Чо>. 62. Р. 2009-2019. 7. Кат УД., Розг В. // Аст ссУМановс 1960. Чо!. 13. Р. 624-629. 8. /.Ме О.Я. // !. СЬев. РЬуз. 1957. Чо1. 27. Р. 343 — 352. 9. Бмалел АО., Созга!и С.С. П 1Ыд. 1959. Чо!. 31. Р.
1562-1574. 10. Сиг! Я.Е //1Ыд. Чо1. 30. Р. 1529 — 1532. 11. Попов Е.М., Коган Г.А., Желтова В Н. П Теорет. и зксперим. химия. 1970. Т. 6. С. 14-30. 12. Иванов В.И., Костеикий П.В., Балашова ТА. и др. // Химия природ. соединений. 1973. 26 3. С. 339-348. 13. Полов ЕМ., Липкинд ГМ., Архипова С.Ф // Молекуляр. биология. 1971. Т. 2. С. 312-316. 14. Попов ЕМ. Структурная организация белков. М: Наука. 1989. 15.
Еети М, /ЛУзоп 5. П !. Мо>. В>о1. 1969. Чо1. 46. Р. 269-279. 16. О>езепьо/ее Л. 5>егхетапл И'. // Асга сгУманове В. 1975. Чо1. 31. Р. 238-250. 17. Антонов В.К Химия нротеолиза. Мг Наука, 1991. 18. Р!егсу АЕ., БибгаЛталуап 5 !'. П ! СЬет. РЬуз.
1965. Чо>. 42. Р. 1475 — 1480. 19. Попов Е.М.. Плетнев ВЗ,Липкинд ГМ.. Артглова СФ. //Изв. АН СССР. Сер. хим. 1971. Уа 1. С. 33-40. 20. Полов ЕМ, Дашевский В Г, Липкинд ГМ, Архипова С.Ф. // Молекуляр. биология 1968. Т. 2. С. 612-621. 21. ТаЬог ж,! П 1. СЬет. РЬуз. 1957. Чо!. 27 Р. 974-978. 22. Валей Н.. ЯоЫл М В., КиеЫег Н А,//!ЬЫ 1967. Чо1.
47. Р 1201-1210. 250 89' Ро(алд Р., Бсбега8а НА П ВнкЬегп!МгУ.1967.Чо1. 6. Р. 3791-3800. 84 17олов Е.М., Желтова В.Н. П Жури. прикл. спектроскопии. 1970. Т. 14. С. 122-128. р Полов ЕМ., Желтова ВН. //Там же. С 1046-!052 Коулсон Ч. Валентности. Мг Мир, 1965. егу, Попов Е.М., Желтова В.Н., Коган ГА. // Журн. структур. химии. 1970. Т. 11. С 1053-1060. 28 Полов Е М, Желтова В Н., Коган ГиС П Там же. !969 Т 10 С.
11! 9 — 1! 22. 29 Пот|в Е.М., Желтова В Н.. Когин ГА. //Там же. 1970. Т. 11 С. 149-151 30 Элиилейн Л.М, Полова Е.М // Оптика н спектроскопия. !967. Т. 22. С 903 — 911. ЗЕ Элиалейн Л М. // Журн. структур. химии, 1967. Т. 8. С. 273-278. 32 Полов ЕМ., Яковлев И П П Там же.!968.Т. 9. С 546!. 33, Полов Е М, Коган ГА. П Успехи химии. 1968. Т.
37. С. 256 — 295, 34 Полов Е..М., Коган ГА., Стручкова М.И., Желтова В.Н П Журн. структур. химии. 1971. Т. 12. С. 61-66. 35. Попов Е.М., Коган Г.А. П Там же. 1967. Т. 8. С. 476-484. 3(ь Полов ЕМ. П Там;ке. С. 640-646. у(, Палов Е.М. Структурно-функциональная организация белков. Мг Наука, 1992. 58, ВгадЬигу Е.М., Ей|он А. П Бресносйт. аст. 1963. Чо!.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
