Биофизическая химия. Том 2 - Кантон Ч.
Скачать (прямая ссылка):
термодинамической информацией.
М.Левитт и Р.Даймонд (M.Levitt, R.Diamond) показали, что последовательные
циклы фурье-уточнения и уточнения конформационной энергии могут быть
синэргическими и приводить к тому, что весь процесс "сойдется" на
структуре, лучше удовлетворяющей всем требованиям. Это вполне разумно.
Сам факт образования кристалла предполагает, что всему кристаллу должен
соответствовать минимум свободной энергии. С другой стороны, можно
использовать данные о конформационных энергиях не для того, чтобы
попытаться получить структуру с минимальной энергией, а как раз для того,
чтобы понять, куда надо слегка сместить атомы в пробной структуре.
Смещение, которое одновременно улучшает положение атома на рассчитанной
карте электронной плотности и понижает конформационную энергию, вероятно,
и должно быть шагом в правильном направлении.
РАЗНОСТНЫЙ ФУРЬЕ-СИНТЕЗ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ МАКРОМОЛЕКУЛЫ С
ЛИГАНДОМ
Разностный фурье-синтез крайне полезен при сравнении двух структур.
Например, разностная фурье-карта изоморфного производного и исходного
белка должна, как уже говорилось, содержать не что иное, как электронную
плотность добавленных тяжелых атомов. Аналогичным образом разностный
фурье-синтез применялся для определения мест присоединения субстрата или
лиганда к белку. Здесь идея состоит в том, чтобы измерить дифракционные
интенсивности, отвечающие белку с присоединенным к нему лигандом. Затем
по этим измеренным интенсивностям и фазам, рассчитанным для чистого белка
без лиганда, строится разностная фурье-карта. Результат может дать как
раз электронную плотность связанного лиганда плюс некую разность
электронной плотности, возникающую из-за изменений в структуре белка под
действием присоединения лиганда. Естественно, такой метод эффективен лишь
в том случае, когда последние разности невелики.
Метод разностного фурье-синтеза достаточно хорош для определения
положения лиганда, поскольку его присутствие относительно мало меняет
фазу большинства структурных факторов. По аналогии с уравнением (13.102)
можно написать
Fpl = Fp + Fl (13.113)
где индекс PL отвечает комплексу исходный белок - лиганд, a FL -
структурный фактор лиганда. Рис. 13.40 иллюстрирует это векторное
уравнение графически. Здесь Fp и ^PL I известны. При условии, что FL < Fp
и FL < FPL, возможные значения FPL должны занимать небольшую область
фазовых углов. Таким образом, в первом приближении хорошей оценкой фръ
является фаза Фр.
РЕНТГЕНОВСКАЯ КРИСТАЛЛОГРАФИЯ
399
Мнимая ось
РИС. 13.40 Влияние добавленного лиганда на наблюдаемые структурные
факторы. Предполагается, что структурный фактор для исходного кристалла
Fp известен. Тогда, поскольку модуль структурного фактора лиганда IFL I
мал, фаза Fp служит хорошим приближением для фазы структурного фактора
комплекса белка с лиганлом Fd, .
Действительная
ось
По аналогии с уравнением (13.107) можно рассчитать разностную фурье-
карту:
00 00 со
Ap(x,y,z) = (l/V) III [|FpL(W)| - \FP(h,kJ)\yM,)e-2^+k^1^
- оо к- - со 1= - оо
(13.114)
РИС. 13.41. Использование разностного синтеза Фурье при изучении
связывания лиганла. Такой синтез можно использовать при определении мест
связывания лиганла и возможных конформационных изменений, сопровождающих
присоединение лиганда к белку. На рисунке приведены схематические
одномерные изображения карты электронной плотности исходного белка (рр),
карты, которая получилась бы в результате решения структуры комплекса
белка с лигандом (pPL), и карты разностного синтеза Фурье (ppL-рр),
которую можно рассчитать относительно простым образом (см. текст).
Отметим, что сами по себе атомы лиганда просто увеличивают электронную
плотность, тогда как перемещения атомов белка лают соседствующие пики и
провалы в картине разностного синтеза. (Blundell T.L., Johnson L.N.
Protein Crystallography, London, Academic Press, 1976.)
400
ГЛАВА 13
На этой карте появятся пики, соответствующие расположению связанного
лиганда. На ней также обозначатся соседние положительные и отрицательные
области электронной плотности, которые соответствуют смещению атомов под
действием присоединения лиганда. Рис. 23.41 иллюстрирует это схематически
в случае одномерного разностного синтеза Фурье.
Наглядное подтверждение применимости разностной фурье-карты при
представлении структуры связанного лиганда можно найти, исследуя
центросимметричную проекцию. Истинная структура связанного лиганда
определяется выражением
pL(x,y,z) = (l/V) tit |FL(/a,/)|^UM'')e-2m^+'t>+'Z) (13.115]
h= - oo fc-- оо 1= - oo
Нам надо знать, насколько хорошо IFL I ei4>L аппроксимируется в уравнении
(13.114) величиной I I /^pl I - l^pl I е р- В центросимметричном случае,
если учесть, что IFLI мало, уравнение (13.114) выполняется строго; в этом
можно убедиться, применяя те же аргументы, что и при обсуждении рис.
13.35. В общем случае известно, что уравнение (13.114) правильно
описывает электронную плотность лиганда, за исключением того, что все
