Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
290
остатков (к и 1) и для каждого типа пар определены константы равновесия Kkt и свободная энергия Гиббса образования контакта между остатками к и 1.
Процедура поиска конформации белка состоит в следующем. На стадии А цепь представляется порядком символов h, (В и с, характеризующих области правой а-спирали (ф = -20..-130°; ф = -10...-90°), {J-структуры (ф = -40..-140°; ф = -140..-100°), и клубка (все значения ф, ф, не попавшие в первые две области). Остатки, идентифицированные с помощью предсказательного алгоритма, помечаются только одним символом (h или (В), а неотнесенные остатки — тремя (h, (J, с). Для свертывания цепи используется процедура Монте-Карло при последовательном введении средних (этап В) и дальних (этап С) взаимодействий и произвольном варьировании у отнесенных остатков значений углов ф, ф в выбранной обрасти h или (3 и также символов (h, (В, с), а при каждом символе — значений углов ф, ф у неотнесенных на этапе А остатков. В ходе процедуры Монте-Карло через определенные промежутки времени отбираются конформации, в которых отсутствует перекрывание жестких сфер, и оценивается их энергия при учете всех взаимодействий. Конформацию оставляют для следующего счета, если ее энергия оказывается меньше энергии предшествующей конформации. Так продолжалось до тех пор, пока энергия данного варианта не понижалась при последующих 10 000 манипуляциях.
Описанная схема использована Танакой и Шерагой для предсказания трехмерной структуры бычьего панкреатического трипсинового ингибитора. Первоначальная идентификация конформационного состояния каждого остатка символами h, (3, и с и, следовательно, определение ограниченной области возможных значений ф, ф выполнены на основе не предсказательных алгоритмов, а рентгеноструктурных данных. Конформации белка на разных стадиях процедуры Монте-Карло представлялись в виде контактных треугольников, отражающих взаимодействия между всеми парами остатков. Сопоставление контактных треугольников опытной структуры и конечной теоретической конформации молекулы трипсинового ингибитора обнаруживает существенные расхождения. В рассчитанном варианте отсутствует целый ряд контактов, присущих реальному белку, и в то же время имеется много лишних контактов. Неудовлетворительное совпадение при грубом, почти качественном способе сравнения имеет место даже в том случае, когда основная часть информации о структуре небольшого белка, а именно идентификация конформационных состояний всех остатков, была взята из эксперимента и использована в расчете на первом этапе. Помимо расчетной модели, не отражающей конформационной специфики белковой цепи, метод Танаки и Шераги ограничен также возможностями предсказательных алгоритмов. Особенно настораживает то обстоятельство, что в случае рассмотрения белка с неизвестной структурой выбранные на этапе А для остатков конформационные параметры далее не изменяются. Следовательно, допущенные при отнесении с помощью эмпирических корреляций ошибки (а они неизбежны и со-10* 291
ставляют, как известно, около 50% отнесений) в последующем расчете (этапы В и С) не обнаруживаются.
При использовании метода Монте-Карло отсутствуют объективные критерии отбора конформаций. Внушительное на первый взгляд количество в 10 ООО структурных вариантов может составлять лишь небольшую часть конформаций, подлежащих анализу. Наконец, как и в методах Левитта и Уоршела, Кунтца и соавторов, аппроксимация остатков сферами в методе Танаки и Шераги продиктована не физическими соображениями, а удобствами расчета. В модели никак не отражена конформационная специфика аминокислот. В самом деле, трудно представить, как сферы могут передать конформационные свойства, например, вытянутых лабильных боковых цепей аргинина и лизина с их гидрофобными и полярными участками, имеющими четыре степени свободы (xi—Х4). или плоских боковых цепей триптофана и фенилаланина. Кроме того, потенциалы взаимодействий остатков выбраны на основе незначительного экспериментального материала.
В работе Д. Габела и соавт. [131], аналогичной только что рассмотренной работе С. Танаки и Г. Шераги, исходные конформационные состояния аминокислотных остатков берутся уже не из эксперимента, а определяются на основе эмпирических корреляций. Для идентификации вторичных структур были использованы так называемые тетра-пептидный и нонапептидный предсказательные алгоритмы, разработанные соответственно Льюисом и соавт. [73] и Бэржесом и соавт. [101]. В данном случае эти алгоритмы, однако, привлекаются не к одной молекуле белка, а к серии родственных белков — 14 гомологам нейротоксина II. Трехмерные структуры всех гомологов (точнее, геометрия основной цепи) считаются идентичными.
Предварительные возможности такого подхода демонстрируются на 30 гомологичных последовательностях цитохрома с (104 остатка), пространственное строение которых полагается одинаковым и известным из эксперимента. В связи с тем, что нонапептидная модель неприменима к четырем остаткам с N- и С-концов белковой цепи, конформационное отнесение выполнено для 96-остатков. Вероятности реализации любого состояния каждого остатка в 30 гомологичных белках были усреднены. В результате из 96 остатков цитохрома с 43 отнесены к а-спиралям, вытянутой форме и (3-изгибам (для предсказания последних использован ’’тетрапептидный” алгоритм); для 53 остатков и восьми концевых конформационные состояния определены не были. Из 43 идентифицированных остатков 33 отнесены правильно, а Ю неправильно.
