Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
Качественный стереохимический анализ молекулярных моделей привел Лима к следующему заключению: образование а-спирали происходит на участках последовательности, в которых все массивные гидрофобные боковые цепи входят в состав пар и троек, занимающих сближенные позиции: (п, п+1), (п, n+З), (п, п+4), (п, п+1, п+4) и (п, п+3, п+4). На такое благоприятствующее а-спирали расположение остатков в парах ранее указывали Лоу и Эдсалл [67], Шиффер и Эдмундсон [66]. Правила, найденные для троек, не имеют самостоятельного значения; они очевидны, так как каждое из них представляет комбинацию соответствующих правил для пар остатков. В а-спирали и (3-структуре нежелательно присутствие Gly и Ser в сближенных с гидрофобными остатками позициях; в то же время вхождение остатков с массивными боковыми цепями (Lys, His, Gin, Glu, Arg) стабилизирует структуры. Образование (3-структуры происходит в случае полностью гидрофобного участка, участка с чередующимися гидрофобными и гидрофильными остатками, или участка с остатками Gly и Ala.
На основе этих заключений были сформулированы многочисленные правила предсказания вторичных структур. О степени их надежности можно судить по результатам сопоставления предсказанных вторичных структур с наблюдаемыми в белках известного пространственного строения. Приведем несколько примеров. В карбоксипептидазе (307 остатков) в а-спиралях находится 115 остатков; правильно предсказаны 86, неправильно — 43. В a-цепи гемоглобина (146 остатков) из 114 а-спиральных остатков идентифицированы 56 при 77 ошибках. В 20 рассмотренных Лимом белках содержится 3100 остатков; в а-спирали входят 1145, правильно отнесены 590, неправильно — 555; в (3-структурах находится 425 остатков, 124 из них определены правильно, 351 — неправильно. Остатки в нерегулярных областях из 1540 случаев в 634 указаны как клубковые, а в 906 — отнесены к регулярным структурам. Эти данные взяты из работы Лима и касаются белков, использованных автором при выводе стереохимических правил. Если правила применяются к белкам, не вошедшим в состав базовых, то эффективность предсказания, как правило, значительно ниже. Например, согласно анализу Дж. Ленстры, точность предсказания методом Лима а-спирали
9. Проблема белка, т. 2 257
в трипсиногене и (3-структуры в лизоциме уступает случайному отнесению [97].
Обширное статистическое исследование структуры белков предприняли в 1974 г. П. Чоу и Г. Фасман [98, 99]. Как и в предшествующих аналогичных исследованиях, ставится задача предсказать вторичные структуры (а-спираль, (3-складчатый лист) и клубковое состояние и на этой основе описать третичную структуру. В стабилизации регулярных форм большая роль отводится пептидным водородным связям, которые и послужили критерием в определении границ вторичных структур в известных конформациях белков. Из частот появлений каждого аминокислотного остатка в а-спиралях (fa), их внутренних витках (fai), складчатых листах (fp) и клубках (fc) рассчитаны соответствующие конфор-мационные параметры Pa, Paj, Рр и Рс. Метод определения этих параметров исключает учет в явном виде влияния взаимодействий между остатками. Значения Ра оказались близкими значениям s теории Зимма и Брэгга, полученным для поли-а-аминокислот. Из частотного анализа остатков на границах спиральных и (3-структурных областей найдены характеристики остатков, инициирующих и терминирующих вторичные структуры. Заряженные остатки с наибольшей частотой появляются на N- и С-концах спирали и, как правило, отсутствуют в (3-структурных областях. Частоты появления остатков на концах спиралей могут быть скоррелированы со значениями параметров инициации Зимма и Брэгга — а. П. Чоу и Г. Фасман предложили механизм свертывания белковой цепи в глобулу, согласно которому спиральная нуклеация начинает зарождаться в центре фрагмента с наибольшими у остатков значениями Ра и затем распространяется в обоих направлениях вплоть до спиралеразрывающих остатков с малыми значениями Ра [99]. Аналогичным образом происходит формирование (3-структурных нуклеаций. Авторы считают, что при Рр > Ра образование (3-структур становится более предпочтительным по сравнению с a-спиралями. Аминокислоты были классифицированы на две группы, состоящие из шести подгрупп, начиная с сильных а (или (3)-образующих остатков и кончая а((3)-разрывающими остатками.
Расположение природных аминокислот по значению Ра не отвечает обратному порядку их расположения по значениям Pp. Например, остаток Glu является хорошим образователем и a-спирали (Ра = 1,17), и (3-структуры (Рр = 1,23), а остаток Asn эффективно ослабляет обе вторичные структуры (Ра = 0,73, Рр = 0,65). Эти данные статистической обработки весьма интересны. Они указывают на отсутствие у большинства остатков антагонизма по отношению к обеим вторичным структурам, т.е. на приблизительно одинаковую вероятность многих остатков входить как в a-спираль, так и в (3-структуру. Заметим, что это свойство природных аминокислот чрезвычайно уменьшает эффективность статистического подхода к идентификации вторичных структур. На основе конформационных параметров Ра и Рр Чоу и Фасман сформулировали простые правила определения a-спиралей и (3-
