Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
Собранный Каба и By экспериментальный материал позволяет заключить, что конформационное состояние аминокислотного остатка в гетерогенной цепи далеко не в полной мере определяется его собственной потенцией принимать определенное конформационное состояние и встраиваться в соответствующую вторичную структуру. Напротив, эксперимент показывает, что у большинства остатков отсутствует ярко выраженная потенция и они обладают по ближним взаимодействиям большой конформационной свободой и могут приблизительно с одинаковой вероятностью находиться в различных низкоэнергетических областях потенциальной поверхности и занимать в каждой области положения с весьма отличающимися значениями геометрических параметров. Это никак не согласуется с гипотезой о доминантной роли в образовании вторичных структур взаимодействий атомов в пределах одного остатка. Алгоритм предсказания Каба и By
253
основан на предположении о том, что два ближайших соседних остатка (n—1 и п+1) предопределяют у центрального остатка (п) не только область, но и значения двухгранных углов вращения вокруг связей N-Са (ф) и Са-С' (ф). Даже если допустить, что это действительно так, то для более или менее надежного выбора значений ср, ф для одного остатка необходимо наличие экспериментальных данных, которые, по крайней мере, на порядок превышали бы число возможных трипептидных комбинаций аминокислот (8000), что требует знания третичных структур многих сотен белков. Е. Каба и Т. By располагали данными, составляющими менее одного процента требуемого количества, что недостаточно для предсказания вторичных структур.
Конформации трипептидных фрагментов, встречающихся в известных белках несколько раз, содержат центральный остаток в различных состояниях. Этот факт противоречит постулированному условию о том, что конформационное состояние остатка п определяется его взаимодействиями с ближайшими соседями п-1 и п+1. В а-спирали взаимодействия п с п-1 и п+1 играют определенную роль в стабилизации структуры, но, кроме того, значительными могут быть взаимодействия п с остатками п±3 и п±4. Следовательно, для учета энергетического вклада от взаимодействий соседних по цепи остатков в стабилизацию центрального остатка а-спирали нужно исследовать нонапептидный фрагмент. В структуре складчатого листа взаимодействия п с п±1 менее актуальны взаимодействий п с п±2 остатками. Для подобной структуры требуется анализ, по крайней мере, пентапептидного фрагмента. Предсказание конформационного состояния центрального остатка в фрагментах такой длины даже в случае регулярных структур на основе статистического анализа становится нереальным в принципе, так как для этого необходимы экспериментальные данные о количестве белков, превышающем их содержание в природе.
Исследование, близкое работе Каба и By по своему характеру, спустя десять лет провели У. Кэбш и X. Сандер [88]. Они проанализировали последовательности и конформационные состояния всех пентапептидных фрагментов в 62 белках известного пространственного строения. Из приблизительно 10 ООО рассмотренных фрагментов в 25 случаях в совершенно разных белках были обнаружены пентапептиды с идентичными порядками аминокислот; было также установлено, что в 6 случаях (из 25) одни и те же пентапептиды имеют в белках различные конформации. Например, последовательность Val-Asn-Thr-Phe-Val в рибонуклеазе составляет часть (3-структуры, а в гемоглобине она входит в а-спираль. Авторы сделали вывод о наличии зависимости пространственного строения локальных участков от всей белковой последовательности. Факт сравнительной легкости структурной адаптации олигопептидных белковых фрагментов не учитывается во всех методах предсказания вторичных структур.
Для получения эмпирических корреляций между аминокислотной последовательностью и вторичными структурами, а также для 254
описания механизма свертывания белковой цепи в глобулярную форму Б. Робсон и Р. Пейн применили статистическую теорию информации [89-92]. Авторы придерживались общепринятого представления о том, что нативная конформация белка представляет собой набор а-спиралей, ^-структур и (3-изгибов; образование вторичных структур в значительной степени определяется ближними взаимодействиями, т.е. конформационными свойствами отдельных остатков. Свертывание белковой цепи начинается с образования нуклеаций, которые, по их мнению, являются регулярными. В создании нативной конформации основное участие принимают дальние взаимодействия, направляемые вторичными структурами. Позже, в 1976 г., Б. Робсон и Е. Сузуки предположили, что в образовании некоторых структур играют роль взаимодействия между соседними по цепи остатками [93]. В связи с этим для предсказания тех же вторичных структур они использовали данные по монопептидам и 16 парам аминокислотных остатков, образованным анализируемым остатком с остатками в положениях п±1-п±8. Однако, как замечают сами авторы, учесть эти взаимодействия статистическими методами, по существу, не представляется возможным. При анализе Робсон и Сузуки исходили из оценки роли каждого остатка в образовании а-спирали, складчатого листа, (3-изгиба и клубка. Последовательности остатков и их конформационные состояния в белке рассматривались как два набора информации, которые связаны между собой трансляционным кодом - процессом укладки цепи в глобулярную форму.
