Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
В.И. Лим и соавт. в ряде работ [105—109] в рамках а-спиральной концепции также придерживаются мнения о том, что спиральное содержание трехмерной структуры нативного белка составляет лишь часть спиралей, предшествовавших на первой стадии свертывания цепи. Главным узловым моментом трактовки механизма формирования пространственного строения белка является предположение о почти сплошном свертывании в начале процесса полипептидной цепи в а-спирали (они названы s-спиралями), которые в дальнейшем служат блоками для образования высокоспиральной промежуточной структуры. Эта структура имеет такую же, как у нативной конформации, топологию белковой цепи. Переход от промежуточного к конечному состоянию представлен простым растяжением некоторых из s-спиралей. Предполагается, что по локальным взаимодействиям s-спираль является самой компактной, стабильной и наиболее быстро формируемой 262
структурой. Оптимальной для построения высокоспиральной промежуточной структуры считается s-спираль из 10—15 остатков. В.И. Лим и соавт. полагают, что именно такая длина отвечает наиболее часто встречающимся в нативных конформациях белков а-спиралям. Это не совсем так. Согласно статистике Чоу и Фасмана по 19 белкам, чаще (Встречаются короткие спирали из 4—9 остатков (в 38 случаях из 99); спирали же из 10—15 остатков обнаружены в 34 случаях [99]. К такой же картине приводит анализ Р. Сринивансана 23 белков: а-спиральные сегменты из 4—9 остатков составляют 44% а-спирального содержания учтенных белков, а из 10—15 остатков — 38% [110].
Для идентификации спиральных участков в развернутой цепи и их последующей укладки в окончательную структуру Лим и соавторы сформулировали ряд стереохимических правил, выведенных из качественного рассмотрения атомных моделей и интуитивных соображений. На основе таких правил предсказаны пространственные формы полипептидных цепей четырех белков, трехмерные структуры которых известны. Приведем сопоставление экспериментальных и теоретических данных, касающихся содержания регулярных структур в карбо-ксипептидазе. В белке содержится 113 спиральных остатков, из которых правильно предсказаны 75 при 40 ошибках; в (3-структуры входят 45 остатков, правильно определены 42, неправильно — 21; конформационные состояния остальных остатков не идентифицированы. Подобная точность предсказания имеет место и в других случаях.
В работах Финкелыптейна и Птицына [111—115] рассчитаны по способу Льюиса и Шераги [74] вероятности спирального состояния для аминокислотных остатков развернутых цепей белков известной структуры. Для 35 белков, в нативном состоянии которых наблюдаются 160 а-спиральных сегментов, предсказано с помощью s и а параметров Зимма и Брэгга приблизительно вдвое большее число спиральных участков. Например, в денатурированном а-химотрипсине, согласно Финкелыптейну и Птицыну, в а-спирали входят 105 остатков, а в нативном белке их не более 20. Предположено также, что при свертывании белковой цепи большая часть спиралей переходит в 13-структуры и различные нерегулярные формы. Представление об а-спиральном механизме самосборки белков является чисто гипотетическим. Оно не подтверждено количественным анализом и не опирается на эксперимент, который можно было бы трактовать однозначным образом. Например, в качестве подтверждения А.В. Финкелыптейн и О.Б. Птицын ссылаются на работу А. Куммингса и Е. Эйринга [116] по кинетике перехода спираль—клубок поли-Ь-глутаминовой кислоты, в которой приведена константа скорости образования спирали 6 107 с-1, и на работу Р. Цана [117], где значение этой константы (~ 108 с'1) оценено по времени релаксации вращения вокруг связей поливиниловой цепи. Неясно, однако, почему данные по поли-Ь-глутаминовой кислоте и поливиниловой цепи могут служить обоснованием того, что почти в любой части гетерогенной аминокислотной последовательности а-
263
спираль непременно должна являться самой предпочтительной и наиболее быстро свертываемой структурой. Известно, что гомополипептиды природных аминокислот реализуются в растворе не только в а-спиральной, но и в других регулярных формах при непременном наличии клубкового состояния, т.е. огромного числа нерегулярных флуктуирующих конформаций. При незначительных изменениях внешних условий равновесие может быть смещено в любую из этих форм. Следовательно, у гомополипептидов а-спираль по своей стабильности отнюдь не является исключительной структурой.
Выше отмечалось, что Птицын, Лим, Финкелыытейн и другие считают ближние взаимодействия ответственными за образование а-спиралей в развернутой белковой цепи. В связи с этим большой интерес представляют структурные исследования олигопептидов, у которых условия формообразования наиболее близки начальной стадии ренатурации белка. Согласно данным Гудмана и соавт. [118], регулярная форма, например, олигомерного изолейцина, четко обнаруживается начиная с декапептида, причем она является не а-спиралью, а (3-структурой. Между тем Лим и соавт. [107—109] относят именно изолейцин к наиболее сильным а-спиралеобразующим остаткам. Олигопептид глутаминовой кислоты, которая не фигурирует в качестве а-спиралеобразующего остатка, напротив, по данным Гудмана, реализуется, начиная с гептамера, в а-спиральной конформации [119]. Р. Эпанд и Г. Шерага [120], Р. Сингхол и М. Атасси [121], а также Дж. Харелл и соавт. [122] показали значительное уменьшение спирального содержания у белковых фрагментов, отделенных от основной цепи и лишенных тем самым дальних взаимодействий. Согласно Лиму и соавторам, эффект должен быть обратным. Еще в 1935 г. У. Астбери и С. Дикинсон при рентгеноструктурном исследовании ряда глобулярных белков в денатурированном состоянии не обнаружили признаков a-формы; полученные ими дифракционные картины однозначно свидетельствовали о наличии, наряду с аморфной частью, вытянутой (3-формы, такой же, как в фиброине шелка [123, 124].
