Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 79

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 79)

Независимо определить Конформацию олигопептида только по данным опытных измерений, а тем более решить на этой основе структур ую задачу в требуемом объеме. т.е. найти геометрию всего набора вероятны» конформаций и оценить динамические свойства молекулы, однозначно дока нельзя. При современном состоянии экспериментальных исследований пространственного строе)ва пептидов, если речь не идет о рентгеноструктурном анализе кристал)Шческих образцов или электронной микроскоции высокого разрешения, )опрос о достоверности теоРетических даннЫ» не может быть окончательно решен прямым сопоставлением Результатов расчета и опыта. ВоЗ|ервых, определяемые с помощью физико хнм|гческих методов геометрические параметры молекулы не являются непосредственно измеряемыми, ))ействительно опытными величинами, Все оптические и резонансные методы дают о молекулярной структуРе не прямую, а косвенную информацию, причем связь между наблюдаемыми характеристиками спектра и геометрией молекулы часто неоднозначна и не всегда достаточно хорошо Ьвестна.

Соответствующие зависимости обы'|но устанавливаются эмпиРическим путем, не имеют строго теоретического обоснования, и, как правило, представление о границах их применимости отсутствует. Вовторых, из-за природы самого эффектна 1ЯМР нзотопный обмен н др.) илн 287 по ряду технических причин, например наложения спектральных поло (ДОВ, КД, ИК- и раман-спектроскопия), данные экспериментальных нз.

мерений часто являются усредненными. В этих случаях определяемые ва их основе значения геометрических параметров отвечают не отдельным предпочтительным пространственным структурам молекулы, а сразу всему набору находящихся в равновесии конформаций. В-третьих, физико. химические методы неодинаково чувствительны к пространственно» структуре всей молекулы и расположению в ней отдельных элементов, Экспериментальные данные одних методов отражают состояние тех ила иных атомных групп и мало что говорят о состоянии других групп или о структуре в целом. Так, например, трактовка спектров 'Н-ЯМР позволяет получить определенную, хотя н не однозначную информацию об угле вращения вокруг связи Х вЂ” С"(<р) и в то же время не дает сведений об угле вращения вокруг второй связи основной цепи — С -С'(у).

Флуоресцентный анализ идентифицирует лишь состояния ароматических боковых цепей аминокислотных остатков, а ЭПР— только заряженных групп. В подобных случаях количество экспериментальных данных всегда оказывается недостаточным для корректного описания пространственного строения Тем не менее, для того чтобы логически завершить исследование, авторы привлекают косвенные факты, строят атомные модели, делают дополнительные предположения.

Все это может привести к необоснованным, а иногда ошибочным заключениям. Примером подобных работ служит исследование структуры апамина с помощью спектра ЯМР [72). Другие физико-химические методы (малоугловое рентгеновское рассеяние, измерение вязкости и др.), напротив, дают представление об усредненной молекулярной форме и не чувствительны к деталям строения. Спектроскопяя ДОВ и КД относится к тем редким методам, благодаря которым одновременно проявляются конформационные состояния локальных участков пептидной цепи и их взаимное расположение в общей структуре молекулы.

Однако из-за недостаточной разработанности теорий соответствующнз эффектов возможности обоих методов остаются не реализованными. Использование для интерпретации кривых ДОВ и КД эмпирических корреляций не решает проблему и, как показывает опыт, не гарантирует от ошибок. Напомним в этой связи случай с исследованием пространственного строения грамицидина Б. Полученные для него спектры КД оказались идентичными спектрам а-спиральной структуры, абсолютно нереальной для циклического декапептида с чередующимися ~.- и 0-аминокислотнымя остатками, каким является данный антибиотик.

По причинам, отмеченным выше, хорошее совпадение результатов конформациониого анализа со всеми имеющимися опытными данными, хотя и является положительным фактом, не может служить строгим критерием правильности теоретического предсказания пространственного строения пептидных молекул. С другой стороны, отсутствие совпадения. как это ни парадоксально, также еще не означает бесспорного доказательства нереальности результатов расчета. В последующем изложении будет показано, что при изучении структурно-функциональной зависимости природного олигопептнда прежде всего необходимо иметь представление о всем наборе его ннзкоэнергетическнх конформаций, поскольку толь- впереди них могут находиться биологически активные формы молекулы.

урн изменении окружения происходит энергетическое перераспределение бхруктур внутри этого набора, т.е, смещение положения равновесия между одними и теми же конформационными состояниями. Сопоставляя опытные и теоретические данные, следует иметь в виду, что конформвционное равновесие олигопептидов чувствительно к вариации внешних условий, и нельзя придавать серьезного значения отсутствию совпадения Результатов расчета, выполненного, например, применительно к сильнояопярной среде, с экспериментальными данными, полученными для пептида в ином окружении. В случае же корректного сопоставления несовпадение теоретических и опь1тных данных может быть вызвано причинами, ие играющими определяющей роли. Четко наблюдаемое различие будет иметь место, например, при правильном определении всего набора низко- энергетических конформаций и удовлетворительной оценке геометрии каждого состояния, но при неполном соответствии теоретически найденного расположения конформацнй в шкале энергии действительному порядку (достаточна разница в 1,5 — 2,0 ккал/моль).

Если первый момент является принципиальным для изучения функции, то последний не представляется столь уж необходимым. Итак, рассмотрение современною состояния экспериментального изученаш пространственного строения природных олигопептидов можно резюмировать следующим образом. 1. Существующие физико-химические методы исследования структуры вгигопептндов не являются универсальными в отношении выбора объекта. 2. Непосредственно получаемые с помощью экспериментальных методов данные, за редким исключением, являются косвенными, неоднозначными и усредненными характеристиками конформационных состояний олигопептндов.

3. На основе опытных данных в настоящее время нельзя получить достаточно полного количественного представления о пространственном строении природных олигопептидов в нативном состоянии. 4. Используемый эмпирический подход к поиску структурно-функциональной организации в принципе, а не только в силу сложности объектов исследования, не может обеспечить как в качественном, так в и количественном отношении получение всей необходимой информации о пространственной организации и динамических конформационных свойствах молекул природных олигопептидов. 5. При оценке достоверности результатов теоретического конформационного анализа олигопептидов данные отдельных физико-химических Методов н их комплекса во многих случаях нельзя считать надежным критерием.

Сложившаяся ситуация в области конформационных исследований и Изучения структурно-функциональной организации олнгопептидов диктует необходимость широкого использования теоретического подхода, что, в свою очередь, делает чрезвычайно актуальным контроль получаемых Результатов.

Однозначное решение вопроса, как отмечалось, не может быть получено простым сопоставлением расчетных конформаций со 1б. Проблема белка, т. 3 структурными характеристиками молекул, найденными опытным путем, привлечением эмпирических корреляций. Подчеркнем, что в задачу этов главы, как и всей книги, не входило детальное рассмотрение многочислен. ных физико-химических методов исследования пространственного строе. ния и конформационной подвижности пептидных молекул. Выше дана лишь общая оценка сегодняшней ситуации, которая по мере совершенст. вования методов может быстро и неожиданным образом меняться.

Цель заключалась в ином: во-первых, в демонстрации самоценности теоре. тического конформацпонного анализа и уникальности предоставляемой ям информации, которая недоступна при использовании экспериментального в эмпирического подходов, и, во-вторых, в выделении специфических особенностей, проявляющихся при сопоставлении результатов расчета с опытными данными о структурах лабильных и достаточно больших олигопептидов. Для проверки теории пространственной организации олигопептидов, физической молекулярной модели и расчетной схемы априорного конформационного анализа были использованы два подхода, Первый нз них не требует для оценки результатов расчета знания экспериментальных фактов о пространственной структуре молекулы. Он основан на выборе для теоретического исследования таких объектов, расчет которых содержит внутренний, автономный контроль своих результатов.

Как показано ниже, можно считать с высокой степенью вероятности, что решение конкретной задачи при наличии подобного контроля доводится до конца только при получении правильных результатов. Во втором случае достоверность метода подтверждается путем сопоставления данных теоретического конформационного анализа олигопептидных фрагментов с геометрией соответствующих участков трехмерной структуры белка, установленной с помощью рентгеноструктурного анализа. Поскольку разработанная автором конформационная теория белковых молекул включает все элементы теории пространственной организации олигопептидных молекул, то полное совпадение расчетной конформации с нативной структурой белка можно считать убедительным доказательствам справедливости теоретического подхода к априорному расчету пространственного строения не только природных полипептидов, но н олигопептидов. Согласно термодинамнческой гипотезе К.

Анфинсена [73], предпосылки для окисления атомов серы цистеинов, образующих в пептидах дисульфидные мостики, обусловлены стерической предрасположенностью соответствующих участков аминокислотной последовательности к таким конформационным состояниям, в которых остатки Сух оказываются сближенными, а их боковые цепи имеют необходимую для создания Б-Я-связи взаимную ориентацию. В процессе свертывания пептидной цепи сближенность цистеинов в самых низкоэнергетических конформациях линейной последовательности достигается за счет стабилизирующих невалентньп взаимодействий между всеми остатками цепи. Таким образом, предполагается, что механизм спонтанной самоорганизации нативной структурь' пептида является не чисто статистическим, а статистико-детерминирован.

Характеристики

Список файлов книги