Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
Наконец, рассматривая распространенное предположение, что а-спираль у гетерогенной аминокислотной последовательности представляет собой самую компактную структуру, нужно отметить, что в данном случае наибольшей плотностью должны были бы обладать высокоспирализованные белки. Однако это не так. Например, плотность миоглобина и гемоглобина (1,35 и 1,34 г/см3 соответственно), состоящих на 75% из а-спиралей, оказывается даже несколько меньше плотности карбоксипептидазы, химотрипсина, рибонуклеазы и стафилококковой нуклеазы (1,39, 1,37, 1,41 и 1,39 г/см3 соответственно), имеющих незначительное содержание а-спиралей, которые к тому же очень искажены [125—129]. Отсутствие корреляции между спиральным содержанием и плотностью белка следует и из сопоставления значений плотности, полученных Козманом и соавт. [130] из расчета на основе известных координат атомов трехмерных структур.
Спиральная концепция самосборки и гипотеза о предсуществовании спиралей в денатурированном белке не следуют из каких-либо 264
физических соображений общего порядка. Их основой служат лишь результаты предсказания спирального содержания, надежность которого невелика. Можно, однако, понять привлекательность для исследователей, занимающихся разработкой алгоритмов предсказания вторичных структур, предположения о предсуществовании а-спиралей, так как оно в определенной степени примиряет традиционное, лежащее в основе всех поисков эмпирических корреляций представление о белковой структуре как о наборе регулярных вторичных структур с реальными нативными конформациями глобулярных белков, у которых во многих случаях регулярные участки незначительны или вообще отсутствуют [131—133].
Ф. Максфилд и Г. Шерага предприняли в 1976 г. еще одну попытку разработать алгоритм предсказания, который мог бы дать ограниченный набор начальных конформаций белковой цепи, а минимизация последних привела бы к правильной трехмерной структуре макромолекулы [134]. Новый алгоритм, выведенный из статистического анализа 20 белков известной структуры, позволяет предсказывать для каждого остатка пять конформационных состояний в областях правой а-спирали, (3-структуры, левой а-спирали и двух промежуточных областях. В нем учитываются внутриостаточные взаимодействия, а также (косвенным образом) парные взаимодействия данного остатка с четырьмя предшествующими остатками. Средняя точность разработанного алгоритма, по оценке самих авторов, составила всего 56%. Следовательно, около половины остатков в белковой последовательности предсказываются неправильно. Ф. Максфилд и Г. Шерага заключают, что хотя предложенный ими метод идентификации конформационных состояний среди всех существующих предсказательных алгоритмов является наиболее точным, но и он не обеспечивает выхода к структуре, которая могла бы послужить исходной для последующего уточнения.
С такой оценкой согласуются данные Робсона и соавт. [135], проанализировавших надежность различных алгоритмов предсказания вторичных структур на 26 белках известного пространственного строения. Авторы пришли к выводу, что точность отнесения остатков к четырем конформационным состояниям (а-спираль, (3-структура, (3-изгиб и клубок) не превышает 49%. Приблизительно такую же точность (50%) имеют как старый метод [94], так и новый метод Нагано [136, 137], усовершенствованный включением корреляции между тремя остатками в спиральных областях, выведенной из анализа 36 белков.
Исследование Максфилда и Шераги (последний интенсивно занимается поисками эмпирических корреляций, начиная с 1960 г.) Примечательно не столько разработкой еще одного предсказательного алгоритма, сколько своим общим заключением о возможностях статистического подхода в отношении надежности предсказания и понимания принципов пространственной организации белковой Молекулы. Так, авторы пишут: "Поскольку любой метод, использующий данные о белках известной структуры, будет сталкиваться с
265
теми же статистическими ограничениями, то, по-видимому, невероятно, чтобы изменения в методе, использующем такие данные, привели к значительному увеличению точности, пока, количество данных не возрастет" и далее: "...очевидно, имеющиеся предсказательные методы являются бесполезными для понимания структуры белков" [134.
С. 5150]. С этим трудно не согласиться. Однако всего через год в работе Г. Немети и Г. Шераги [138] высказывается мнение, противоречащее только что процитированному, а также заключению, сделанному Бэржесом и Шерагой [139]. Обсуждая параметры, полученные из статистических предсказательных алгоритмов, Г. Немети и Г. Шерага пишут: "Приложение этих параметров к белкам с известными аминокислотными последовательностями дает вероятные конформационные состояния, которые могут быть использованы в качестве исходных для минимизации энергии" [138. С. 242]. Аналогично высказывание в другом месте этой же работы: "...предсказательные схемы являются очень полезными как первый шаг в расчете конформационной энергии" [138. С. 340]. К сожалению, Немети и Шерага не поясняют, каким образом можно получить пригодную для уточнения белковую структуру, если даже один из самых точных алгоритмов — алгоритм Максфилда и Шераги [134] — предсказывает неправильно конформационные состояния у половины остатков, причем в случае белка, не исследованного рентгеноструктурно, неизвестно, какой именно половины.
