Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
(ф. Ф, Xh Х2) и значения энергии отвечающих им проСтранственных
форм три-, пента-, гепта- и нонапептидного фрагмент*,, „ „
¦ . _ в каждом из
14 выделенных участков белка. При сравнении расчет^.,,, „
, 1 ных данных с
экспериментальными оказалось, что конформационные состояния всех
п—х остатков в нативной структуре лизоцима соответс^ т наиб0лее
предпочтительным по энергии оптимальным формам со0тветствую
"свободных" олигопептидов. В 11 случаях из рассмотре^ЙЬ1Х ^ наблю
даемые в нативном белке состояния п—х остатков полн<л„ „
'Эстью отвечали
их глобальным формам в соответствующих нонапептщц^ где они зани Мали центральное положение. Был сделан вывод о тоц^ 4TQ внутоиос. таточные взаимодействия определяют возможные для Остатка консЬоо мационные состояния. Только из этих состояний взаимо,цедствия дЕННо го остатка с четырьмя предшествующими и четырьмя 110слегтуЮ111ИМИ остатками (ближние взаимодействия, по классификации Немети и Шераги) выбирают единственную конформацию, которая ц реали3уется в нативной структуре белка. Средние и дальние взаим0Д^^ствия по мне. нию авторов, не играют существенной роли [190]. Их сЬункция заклю_ чается в дополнительной стабилизации уже ДетеРминиР%анного состояния остатка. Сделанные выводы, однако, нельзя прц3нать коррект_
281
ными, так как фиксация в рассмотренных фрагментах всех остатков (за исключением центрального) в нативных конформационных состояниях есть не что иное, как неявный, но эффективный учет средних и дальних взаимодействий. Так как в работе Поннусвами, Варме и Шераги различные виды невалентных взаимодействий так и остались неразделенными и, по существу, анализировался их интегральный эффект, то эта работа, как и работа Котельчука и Шераги, также не решила поставленной задачи о функциях в свертывании белковой цепи внутриостаточных и межостаточных взаимодействий. Рассмотрим теперь работу Бэржеса и Шераги, постановка которой, по-видимому, была обусловлена результатами только что обсужденного исследования и сделанным в нем заключением о второстепенном значении средних и дальних взаимодействий по сравнению с внутриостаточными и ближними [139]. При традиционном представлении пространственного строения глобулярных белков в виде набора вторичных структур неизбежно стремление упростить анализ межостаточных взаимодействий, а еще лучше избежать его. Это вызвано, как отмечалось (раздел 8.1.), принципиальной. невозможностью в рамках эмпирического подхода учесть роль таких взаимодействий в свертывании белковой цепи и оценить их вклад в стабилизацию нативной структуры. В связи с чем выводы работы Поннусвами, Варме и Шераги должны были быть с удовлетворением восприняты всеми исследователями, разрабатывающими предсказательные алгоритмы [190]. Подкрепленное расчетной процедурой утверждение трех авторов о доминирующем значении внутриостаточных взаимодействий и подчиненной роли взаимодействий даже между соседними по цепи остатками казалось весомым и вселяло надежду на возможность обойти проблему множественности минимумов потенциальной поверхности использованием предсказательных алгоритмов для получения приближенной структуры, минимизация которой приведет к нативной конформации белка. Цель следующей работы Бэржеса и Шераги как раз и заключалась в выяснении перспективы эмпирического подхода к предсказанию конечной структуры и поиску механизма свертывания белковой цепи. В качестве тест-объекта была выбрана молекула бычьего панкреатического трипсинового ингибитора (БПТИ). Проанализировав существующие алгоритмы предсказания (Чоу и Фасмана, Шераги и соавторов, Робсона и Пейна, Лима), Бэджес и Шерага констатировали, что ни один из них не может быть использован для достижения поставленной цели. Тогда они переводят свою задачу в гипотетическую область и ведут поиск ее решения с идеальным алгоритмом предсказания. На основе известной кристаллографической структуры БПТИ, а не с помощью эмпирических корреляций, авторы относят 58 аминокислотных остатков белка к пяти конфор-мационным состояниям (aR, aL, е, ?R, ?L), отвечающим экспериментальным данным и низкоэнергетическим областям потенциальной поверхности конформационной карты ф—ф. Каждому состоянию они приписывают усредненные по известным кристаллографическим структурам восьми белков соответствующие значения углов ф, ф. Двухгранные углы боковых цепей (х) были взяты с округлением до 5° 282
03 рентгеноструктурных данных БПТИ. Вопреки ожиданию, оказалось, qxo построенная таким образом трехмерная структура даже отдаленно ^¦напоминает нативную конформацию белка.
Ситуация не улучшилась и при минимизации энергии с учетом нева* лентных, электростатических и торсионных взаимодействий и водородных связей. Сравнение контурных карт расстояний между атомами С“ модельной и опытной конформаций показывает, что в собранной с помощью идеального алгоритма и проминимизированной трехмерной структуре белка отсутствуют все характерные особенности нативной структуры: удалены друг от друга образующие между собой дисуль-фвдные связи цистеиновые остатки, практически нет намеков на вторичные структуры, не воспроизводится глобулярная форма молекулы трипсинового ингибитора. Были введены дополнительные ограничительные условия, облегчающие приближение модельной структуры к нативной конформации. Однако ни учет реализуемой в белке системы дисульфидных связей (5—55, 14—38, 30—51), ни введение алгоритма сближения соответствующих остатков Cys, ни включение в расчет специальной функции, имитирующей стремление неполярных остатков оказаться внутри глобулы, а полярных выйти наружу, ничто не помогло получить пространственную форму белка, близкую к нативной. Конечно, можно было бы еще ужесточить условия и добиться совпадения. Однако это не имело бы значения, поскольку не повлияло бы на окончательный вывод о невозможности даже в случае 100%-ного правильного предсказания конформационных состояний остатков получить структуру, отдаленно напоминающую реальный белок. Причину неудачного описания структуры белка Бэржес и Шерага увидели лишь в несовершенстве расчетной процедуры, которая, по их мнению, учитывала только внутриостаточные и ближние взаимодействия. Поэтому был сделан вывод, что полученные результаты свидетельствуют о необходимости дополнить схему предсказания учетом средних и дальних взаимодействий.
