Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 95
Текст из файла (страница 95)
Неэффективность рассматриваемого подхода, проявляющаяся уже на уровне конформационного анализа пентапептида, предопределяет ответ на второй поставленный выше вопрос, который касается перспективности процедуры Монте Карло в предсказании нативных конформацнй более сложных аминокислотных последовательностей. Практически бесконечное количество минимумов на потенциальной поверхности любого белка не оставляет надежды на решение проблемы мультиплетности исключи. тельно на стохастической основе.
Но, может быть, затруднения здесь не являются принципиальными, и такой подход, если не в состоянии привести к количественному решению, поможет понять "физическую сущность свертывания белковой цепи"'? Как полагают Ли и Шерага, метод Монте Карло-минимизации адекватен действительному процессу сборки белка. который, по их мнению, является Марковским процессом. Так, они пишут: "Монте Карло-минимизация представляет собой одну из многих возможных процедур, реализующих гипотезу Маркова путем генерации с Болыг 350 «яновскими вероятностями перехода Марковского процесса, воспроизво]]ящего естественное свертывание белковой цепи" ]188. С.
бб14]. Если йтмечаемая аналогия между процедурой Монте Карло и Марковским процессом действительно имеет место, то отнесение сборки белка к Марковскому процессу лишено основания. Известно, что Марковским называется случайный процесс без последствий. Он служит моделью для таких процессов, как, например, распад радиоактивного вещества, рост попудяции, мутация. Характерная особенность Марковского процесса заклюрется в том, что информация о прошлом поведении системы не влияет на распределение вероятностей ее будущего развития.
Если бы свертывание белковой цепи удовлетворяло этому условию, то она никогда не смогла бы перейти из состояния флуктуирующего клубка в определенную трехмерную структуру. Сборка полимерной природной аминокислотной последовательности не является Марковским, чисто статистическим процессом, описываемым равновесной термодинамикой, а статисгико-детерминистическим неравновесным процессом, суть которого состоит во взаимообусловленности макроскопических и микроскопических свойств, описываемых только нелинейной неравновесной термодинамикой (см. разя.
2.1). Он Может развиваться исключительно в силу того, что прошлое системы предопределяет ее будущее. Позднее Д. Риполл и Г. Шерага (189, !90] предложили еще один метод ппределения глобальной терхмерной структуры, который, по мнению его авторов, позволяет, как и рассмотренный выше метод 3. Ли и Г.
Шераги 1188], моделировать процесс перехода белковой цепи от денатурированного состояния к нативной конформации. Новый метод — это еще одна попытка решить проблему мультиплетности минимумов функции потенциальной энергии с помощью процедуры Монте Карло-минимизации, в данном случае дополненной электростатической стимуляцией. Предполагается, что именно такой вид невалентных взаимодействий направляет процесс свертывания белка через локальные минимумы по энергетически иаиболее предпочтительному пути.
Изменение в методологии, однако, не Может устранить или смягчить принципиальной несостоятельности чисто статистического подхода к изучению явления, в значительной мере обусловленного детерминистической компонентой его двойственной природы. Надежда на успех здесь столь же призрачна, как при попытке количественно описать стохастический процесс (например, броуновское движение, диффузию, теплообмен) методами классической физики или Квантовой механики. Что касается дополнительного стимулирования МонФе Карло-минимизации, то следует заметить, что энергия электростатилеских взаимодействий по сравнению с энергией всех других видов неВалентных взаимодействий менее чувствительна к расстоянию между валентно-несвязанными атомами и менее всего зависима от конформационного состояния молекулы.
Методы поиска глобальных конформаций пептидов и белков, основанные на процедуре Монте Карло, помимо Шераги и соавт. [188 — 190], были предложены рядом других авторов ] 191 — 197], которые также в качестве тестовых объектов использовали, как правило, Ме1- и Ееп-энкефапины. Зги исследования не внесли что-либо принципиально нового ни в 351 решение проблемы мультиплетности минимумов, нн в представление о структурной организации пентапептидного гормона.
К ннм в полной мере относятся все те заключения общего порядка и оценки конкретных ре зультатов конформационного анализа, которые были сделаны прн рас смотрении работ (188 — 1901. Заканчивая обсуждение теоретических и экспериментальных данных о конформацнонных возможностях молекул энкефалинов, по-видимому, можно отметить, что в настоящее время нет еще единого мнения о пространственном строении простейших природных нейропептидов,количестве предпочтительных состояний, их энергии и геометрии.Не только не установлена связь между структурой и функцией, но не ясны некоторые принципиальные моменты подхода к достижению этой цели.
Тем не менее, имеющийся материал о структуре энкефалинов указывает на наличие у них болыпой конформационной свободы и возможности реализации структур различных шейпов, а в пределах одного шейпа — нескольких форм основной цепи. Каковы же ближайшие перспективы? Можно ли, продолжая изучение Меь и Ьеп-энкефалинов и других пептидных гормонов в том же плане, получить со временем полную и объективную количественную информацию об их структурной организации н зависимости между структурой я функцией? Чтобы ответить на этот вопрос, предположим, что такой информацией мы уже располагаем, и попытаемся представить, что оиа могла бы дать для понимания структурно-функциональной организации энкефалинов и описания механизмов их многочисленных функций.
Как можно было бы логически связать данные, например, о !О низкоэнергетическнх конформациях каждого нейропептида с приблизительно таким же количеством его функций? Очевидно, установить прямую связь при неизвестных пространственных структурах рецепторов не представляется возможным. Число возможных комбинаций, особенно если учесть существование нескольких рецепторов (ц, о, 81 для осуществления только одной опиатной функции энкефалина, слишком велико, чтобы надеяться даже в гипотетическом идеальном случае найти искомые соотношения интуитивным путем. Многие полагают, что к достижению цели ведет косвенный путь, заключающийся в привлечении синтетических аналогов, изучении их структуры и биологической активности.
В принципе подобный подход вот уже не одно столетие применяется в поиске фармацевтических препаратов, Однако такой путь в его сегодняшнем состоянии не только длителен, сложен и дорогостоящ,но, главное, он не может привести к окончательному решению проблемы. Замена аминокислот в природной последовательности, укорочение цепи или добавление новых остатков. иными словами, любая модификация химического строения природного пептида, неизбежно сопровождается изменением конформационных возможностей молекулы и одновременно затрагивает склонные к специфическому взаимодействию с рецептором остатки, что сказывается на характере внутри- и межмолекулярных взаимодействий, в том числе на устойчивости аналогов к действию протеиназ.
Для учета последствий химической модификации на характер внутримолекулярных взаимодействий можно использовать теоретический конформационный анализ и методы квант ь 352 кой химии Количественная же оценка изменений при межмолекулярных взаимодействиях, т.е. конкретная реализация известных конформацион«ых возможностей модифицированного пептида, требует как минимум знания структуры рецептора. О сложности возникшей здесь задачи убедичельно свидетельствует богатый опыт, накопленный за последние десятилетия энзимологией, где проблема идентификации лиганда и рецептора решается несравненно проще.
При этом условии и даже прн известной геометрии субстрата и активного центра фермента, а также знании чисто химических аспектов фермент-субстратных взаимодействий количественное описание каталитического акта как взаимообусловленного на всех своих стадиях и спонтанно протекающего процесса наталкивается на большие трудности и часто не может быть выполнено однозначным образом.
В исследовании взаимодействий полифункциональных гормонов и рецепторов с привлечением синтетических аналогов не исключены ситуации (они не предсказуемы, поскольку выбор аналогов, как правило, случаен), когда наиболее предпочтительная конформация синтетического пептида стерически комплементарна активному центру рецептора, но необходимый комплекс тем не менее не образуется, так как модифицированная последовательность не содержит остатков, необходимых для образования эффективных контактов с функциональными группами рецептора. Возможен, конечно, и прямо противоположный случай, приводящий к тому же результату.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
