Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
Такой же процедуре на первом этапе исследования нейротоксина II (метод включал всего девять этапов) были подвергнуты 14 гомологичных последовательностей этого белка. Остатки, которые по эмпирическим правилам имели вероятность образования определенной формы в 8 (и более) случаях из 14, идентифицировались однозначно, и им приписывались углы ф, ф, отвечающие среднестатистическим опытным величинам в а-спирали, (3-структуре и (3-изгибе. Из 57 рас-
292
смотренных в каждой последовательности остатков 6 были отнесены * а-спирали, 4 — к (3-структуре и 16— к (3-изгибам. Здесь следует отметить два существенных, более того, решающих для данного исследования обстоятельства, на которых авторы не акцентируют внимания.
Достоверность предсказательных алгоритмов, использованных в этой работе, как показывает опыт их применения к 13 различным белкам известной стрктуры [101], 30 — гомологичным белкам цитохрома с и аденилаткиназе [197], является незначительной, в связи с чем в отнесении 26 остатков нейротоксина II неминуемо содержатся ошибочные предсказания, которые ни на одном последующем этапе не обнаруживаются и, следовательно, входят в конечную структуру. Неоправданным является приписывание основным цепям идентифицированных остатков усредненных значений углов ф, ф, полученных из частот их появлений в низкоэнергетической области у известных белков. Углы ф, ф обнаруживают в спиральной и особенно в (3-струк-турной области разброс в пределах многих десятков, а часто более сотни градусов. Конкретные значения углов ф, ф в этих областях определяются не столько природой остатка, сколько уникальной для каждого белка последовательностью аминокислот, т.е. прежде всего взаимодействиями данного остатка с соседними по цепи и сближенными в глобуле остатками. Приписывание остаткам средних значений двухгранных углов в макромолекуле лишено практического смысла, поскольку последующая минимизация энергии не обеспечивает их правильный спуск, а лишь приводит к варьированию вблизи заданных Значений.
Отмеченные два обстоятельства предопределяют конечный результат данного исследования и делают излишним рассмотрение других его восьми этапов, на которых также допускается целый ряд Неконтролируемых, предположений. Поэтому не удивительно, что ни один из пяти предложенных вариантов конформаций нейротоксина II не отвечает опытным данным даже самого общего характера. В работах Д. Тзерноглон и А. Петско [ 198, 199] и Б. Jloy и соавт. [200] приведены результаты рентгеноструктурного анализа данного белка, которые свидетельствуют, что его третичная структура имеет форму диска; все же найденные Д. Гавелом и соавт. [131] структуры нейротоксина II обладают клубкообразной формой.
В 1980-е годы исследования такого плана не претерпели существенных изменений и не внесли новых идей в решение проблемы свертывания белковой цепи. Для иллюстрации рассмотрим кратко результаты теоретического анализа процесса сборки полипептидной цепи бычьего панкреатического трипсинового ингибитора С. Миязавы и Р. Джернигана [201]. Белок изображался ими в виде цепочки жестких сфер, совмещенных с атомами Са и С13 аминокислотных остатков. Конформационными параметрами считались двухгранные углы ф, ф, которым разрешалось принимать дискретные значения через каждые 10°. Межостаточные взаимодействия учитывались исключительно между теми парами остатков, которые в кристаллографической структуре бычьего панкреатического трипсинового ингибитора (БПТИ)
293
образуют близкие контакты. При оценке взаимодействия между двумя остатками свободная энергия принималась равной -2,2 ккал/моль, если расстояние между соответствующими атомами СР в нативной конформации белка находилось в интервале 2,4—6,5 А; когда оно было меньше 2,4 А, энергия считалась бесконечной, а больше 6,5 А — равной нулю. Следовательно, притяжение друг к другу могли испытывать только те остатки (жесткие сферы), атомы С? которых сближены в реальной трехмерной структуре. Для беспорядочной генерации различных конформаций, располагающихся между нативным и денатурированным состояниями, использован метод Монте-Карло. Процесс модельной цепи оценивался по среднестатистическим величинам, отражающим степень упаковки цепи в различных местах шкалы конфор-мационной энергии. Всего было получено 230 ООО промежуточных состояний без атомных перекрываний. Авторы проследили путь перехода модельной цепи от полностью развернутого состояния к состоянию, свернутому подобно нативной структуре белка. Согласно полученным данным, процесс свертывания начинается с образования нативно подобных контактов С^...СР в области (i-изгиба (остатки 25—28) и а-спирали (48—56) БПТИ. Их рост приводит к сближенности атомов СР двух (3-тяжей и созданию (3-структуры (14—38). Структурирование завершается образованием контактов между атомами С^ N- и С-концевых фрагментов. Весь путь свертывания представляет собой непрерывную цепочку незначительно меняющихся в сторону нативной структуры конформационных состояний. Это не удивительно, поскольку авторы исключили все неспецифические межостаточные взаимодействия. Использованный подход в принципе не может привести к воспроизведению экспериментального механизма сборки белка, так как заведомо исключена возможность появления промежуточных конформационных состояний с признаками, отсутствующими в нативной структуре.
