Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
При фиксированных в расчете состояниях R, и R2 боковая цепь первого остатка нависает над промежуточной пептидной группой, а второго - ориентирована в сторону от фрагмента. Полученный Котельчуком и Шерагой результат об отсутствии взаимодействий между R] и R2 и значительном взаимодействии с прилегающей пептидной группой заведомо очевиден из принятых условий расчета. Таким образом, выводы Котельчука и Шераги об аддитивном характере (3-структуры и а-спирали и, следовательно, неэффективности взаимодействий смежных остатков априорно следуют из принятой расчетной модели и не отражают реальной ситуации. Что касается сделанных на основе расчета предсказаний спиральных и неспиральных областей, то их достоверность, как видно из табл. IL3, столь же мала,
247
Таблица И.З
Показательная способность эмпирического правила Котельчука и Шераги
Белок Число а-спиральных Оценка Число а-спиральных
остатков (эксперимен остатков по данным
тальные данные) Д. Котельчука и
Г. Шераги [71, 72]
Лизоцим 54 Правильная 31
Неправильная 34
Рибонуклеаза А 24 Правильная 10
Неправильная 26
Миоглобин 121 Правильная 74
Неправильная 51
а-Химотрипсин 22 Правильная 9
Неправильная 51
как и в предшествующих работах (см. табл. II.2). Гипотеза о доминантной роли внутриостаточных невалентных взаимодействий атомов в формировании регулярных структур была очень заманчива. Она вселяла надежду найти прямую корреляцию между первичной и вторичной структурами, что, в свою очередь, обеспечило бы выход к предсказанию всей конформации белка, поскольку его трехмерная структура представлялась в виде ансамбля вторичных регулярных структур. Полученные Котельчуком и Шерагой результаты хорошо согласовывались с общепринятым представлением о пространственном строении белка и поэтому были восприняты как теоретическое обоснование подхода к решению конформационной проблемы.
Следуя за Д. Котельчуком и Г. Шерагой, А.В. Финкелыптейн и О.Б. Птицын [73] в 1971 г. попытались подтвердить тезис об исключительной роли ближайших взаимодействий данными статистического анализа аминокислотного состава и последовательностей девяти белков. С этой целью было рассмотрено распределение пар различных остатков в положениях 1-2 и 1-3, 1—4 и 1-5 в а-спиральных, (В-структурных и неупорядоченных участках. Анализ показал, что оно лишь незначительно отклоняется от беспорядочного. Следовательно, не было обнаружено заметной корреляции между чередованием в цепи полярных и неполярных остатков и вторичной структурой. Преимущественная локализация гидрофобных остатков в положениях l-А и 1-5 в спиралях миоглобина и гемоглобина была признана нехарактерной для спиралей в других белках.
При рассмотрении аминокислотного состава регулярных и нерегулярных участков, а также состава вдоль а-спиралей было, однако, замечено, отклонение в распределении отдельных остатков от среднестатистического, что находилось в согласии с данными, полученными ранее Куком [68] и Птицыным [70]. Тем не менее Финкелыптейн и Птицын заключили, что среди взаимодействий, определяющих вторичную структуру, взаимодействия боковых групп с примыкающими к ним участками основной цепи, т.е. во фрагменте CONH-CHR-CONH. 248
играют значительно большую роль, чем взаимодействия между соседними боковыми группами. На этом основании аминокислотам приписывалась определенная тенденция к встраиванию в спиральные и (3-структурные участки независимо от их соседей по цепи. Далее, все природные аминокислоты разбивались на несколько групп, которые характеризовались в чисто качественном плане спиральными потенциалами. Например, остаткам Ala, Leu и Met был приписан "большой положительный потенциал", a Arg, His и Lys - "большой положительный" на С-конце и ''большой отрицательный" на N-конце спирали и т.п. Эти потенциалы в общем отвечали разделению остатков на спиралеобразующие и спираленеобразующие Котельчуком и Шерагой. Для (3-структуры соответствующих характеристик не было получено из-за малого объема экспериментального материала.
В серии работ П. Льюиса и Г. Шераги [74, 75] рассмотрен механизм свертывания полипептидных цепей в белках при учете только ближних взаимодействий. Предполагалось, что в процессе ренатурации или сразу же после биосинтеза самосборка белковой цепи в нативную конформацию начинается с образования а-спиралей, которые в дальнейшем и определяют направление свертывания окончательной структуры. Следовательно, в этих работах постулировалось, что регулярные конформации являются самыми стабильными формами в гетерогенной последовательности, составляют жесткую основу глобулы и играют ключевую роль в процессе самосборки белковой цепи. Сближенность спиралей и образование контактов между ними осуществляются так называемыми (3-изгибами. С. Венкатачалам ранее показал, что поворот цепи на 180° может происходить на участке из четырех остатков с определенными комбинациями форм их основных цепей [76]. Позднее Е.М. Поповым и сотрудниками была получена энергетическая оценка всех возможных конформационных состояний двух центральных остатков тетрапептида, обеспечивающих такой поворот цепи [77]. П. Льюис и Г. Шерага рассмотрели аминокислотный состав тетрапептидов в трех белках известной структуры и отметили повышенную тенденцию находиться в (3-изгибах у остатков Ser, Thr, Asn, Asp, Glu, Pro, Trp и Tyr [74]. Поворотные сегменты являются менее гидрофобными, чем белок в целом. Вначале авторы полагали, что в образовании изгибов, как и в случае регулярных структур, важное значение имеют лишь ближние взаимодействия. Это послужило основой определения вероятности локализации каждого остатка в одном из четырех мест (3-изгиба независимо от соседей. Вероятность появления изгиба определялась как произведение индивидуальных вероятностей четырех остатков, найденных с помощью статистического анализа. В дальнейшем при рассмотрении аминокислотного состава 135 (3-изгибов в структурах восьми белков к остаткам, имеющим наибольшую склонность образовывать повороты цепи, Льюис и Шерага отнесли Ser, Thr, Asp и Asn [78]. На основе расчета трех тетрапептидов в различных конформационных состояниях, имеющих изгибы, они пришли к заключению, что в местах поворота цепи остатки не ведут себя независимо. Их конформации взаимообусловлены и, кроме того, подвержены влиянию
