Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
251
Льюису и Шераге, также определяется индивидуальными свойствами остатков, приводит к возникновению (3-изгибов и реализации взаимодействий между спиралями, что в конечном счете вызывает их схлопывание.
Регулярные структуры, возникающие на ранней стадии ренатура-ции, переходят с изменением или без существенных изменений в третичную структуру. Все аминокислоты были разделены на три группы, которым приписаны значения s = 0,385 (спиралеразрушающие остатки Gly, Pro, Ser, Asn), s = 1,00 (индифферентные - Phe, Туг, Lys, Arg, Cys, Asp) и s = 1,05 (спиралеобразующие); значение ст во всех случаях считалось неизменным. Были построены профили вероятности спирального содержания для 11 белков, которые затем сопоставлены с наблюдаемыми структурами. Полученное совпадение нельзя назвать удовлетворительным. Например, у папаина (211 остатков) в спиральные конформации входят 44 остатка; правильно предсказаны 33, неправильно - 70. У рибонуклеазы А (124 остатка) в а-спиралях содержится 24 остатка; правильно предсказано 18, неправильно - 36. Подобная картина имеет место и у других белков. Остатки, не включенные в спирали, были отнесены к клубковому состоянию, т.е., по существу, остались неидентифицированными.
Позднее А.И. Денисюк, О.Б. Птицын и А.В. Финкелынтейн использовали для расчета вероятности спирального содержания белков подход Льюиса и Шераги, основанный на учете индивидуальных кон-формационных свойств аминокислотных остатков с помощью параметров s и ст теории Зимма и Брэгга и одномерной модели Изинга [81]. В данном случае аминокислоты были разбиты не на три группы, а на шесть. Остаткам, отнесенным к спиралеобразующим (Glu, Leu, Phe, lie, Met, Val, Lys, Ala, His, Arg), приписаны значения s от 1,3 до 1,1, спиралеразрушающим (Ser, Thr, Asp, Asn, Туг, Gly, Pro, Cys) - s = 0,75-0,6 и индифферентным (Gin, Trp) - s = 1,0. Вычисленные профили вероятности спирального состояния аминокислотных последовательностей сравнимы с профилями известных структур.
В некоторых случаях предсказанные максимумы качественно согласуются с наблюдаемыми спиральными участками в глобуле; в других, а их большинство (конканавалин, рубредоксин, трипсиновый ингибитор, химотрипсин, эластаза, трипсиноген), даже качественного согласия нет. Авторы предполагают, что дальние взаимодействия фиксируют те спиральные участки, для которых гипотеза о большой роли ближних взаимодействий в образовании спиральных структур белков предсказывает максимальную вероятность реализации а-спирали. Следовательно, допускается наличие согласованности в третичной структуре ближних и дальних взаимодействий. Однако считается, что это не имеет решающего значения в стабилизации нативного положения спиральных участков, локализация которых определяется в основном дальними взаимодействиями, как наиболее специфическими. Тем не менее, вступая в некоторое противоречие с подобным заключением, а также с наиболее ранними высказываниями, авторы делают вывод, что согласованность ближних и дальних взаимодействий 252
может играть определяющую роль в самоорганизации нативной структуры [79]. При наличии согласованности конформация белка собирается из отдельных спиральных участков, как из блоков, что и обусловливает быстроту и безошибочность этого процесса. Аналогичная трактовка механизма самосборки третичной структуры ранее была сделана в работах Гуццо, Льюиса, Шераги и др.
Простейший статистический подход, не учитывающий взаимодействий даже между смежными остатками, был использован Ф. Бегхином и Дж. Дирксом, Дж. Кроуфордом и соавт. [82, 83]. Алгоритмы предсказания строились по статистическим оценкам склонностей остатков входить в а-спирали, (3-структуры и (3-изгибы. Соответствующие потенциалы рассчитывались из частот встречаемости каждого из 20 стандартных остатков в перечисленных вторичных структурах. Точность предсказания алгоритмов Диркса и Кроуфорда невысока.
Серию интересных исследований выполнили Е. Каба и Т. By [84-87]. Придерживаясь традиционного представления Полинга и Кори о структуре белка, они попытались локализовать спиральные и неспиральные участки на основе статистического анализа конформационного Состояния каждого остатка (п) с учетом влияния предшествующего (п-1) и последующего (л + 1) остатков. Авторы составили таблицу конформационных состояний трипептидов, основанную на данных по 11 белкам известной структуры. В них содержится лишь 15% общего количества возможных тройных комбинаций стандартных природных аминокислот, что недостаточно для предсказания а-спиральных, (3-структурных и нерегулярных участков. Поэтому предложенный Каба и By эмпирический алгоритм применим только для серий гомологичных белков и при использовании других, менее очевидных критериев отбора. Метод был опробован на цитохроме с, для которого известна трехмерная структура и имеются данные о последовательностях 18 гомологов. Даже в таком благоприятном случае удовлетворительного совпадения достигнуто не было. Из 24 остатков, входящих в а-спирали, правильно предсказаны 20 при 24 ошибках; остальные остатки (80) не идентифицированы.
