Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
чисто беспорядочно-поисковый механизм свертывания белка. В основе физического моделирования сборки нативной конформации лежит концепция нуклеационного свертывания. В концепции предполагается наличие в коротко живущем переходном состоянии белковой цепи упорядоченных и неупорядоченных областей. По ходу процесса свертывания—развертывания эти области испытывают действие как статистических, так и детерминированных сил, которые приводят систему к минимуму свободной энергии нативной конформации или флуктуирующего клубка. Таким образом, все модели в той или иной степени учитывают кооператив-ность межостаточных взаимодействий и детерминированный характер процесса свертывания. Различия между моделями не касаются принципов, а связаны с конкретным представлением активированного состояния и с постулированным механизмом свертывания—развертывания цепи. Наконец, все модели, разработанные на основе методов статистической физики, объединяет еще одно свойство. Они не являются практическим воплощением независимой системы постулатов или эвристических соображений. Модели не базируются на самостоятельной теории, а поэтому получаемые с их помощью результаты лишены априорности, не содержат качественно новой информации об изучаемом явлении и не в состоянии что-либо подтвердить или опровергнуть. Модели исходят из предположения о двухфазном механизме белкового свертывания. Однако справедливость этого допущения остается непроверяемой, поскольку конечный результат моделирования известен заранее; он предопределен использованием всех опытных данных о нативной конформации, которые необходимы для ее правильного компьютерного воспроизведения.
Глава 9
ВЫСШИЕ УРОВНИ СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ГЛОБУЛЯРНЫХ БЕЛКОВ
Общепринятое представление о структурной организации молекул глобулярных белков передает схема Шульца и Ширмера [157]. В самой общей, краткой и подкупающе выразительной форме она отражает господствующее, едва ли не единственное, мнение о принципах пространственного строения белковых молекул, их иерархической (пирамидальной) структурной организации и даже механизма сборки нативной конформации из развернутой аминокислотной последовательности (рис. II.4). Считается, что схема уровней структурной организации белков Шульца и Ширмера обобщает накопленный экспериментальный материал и отвечает современному уровню наших знаний о белке. Упрощенность этой схемы авторы видят только ”... в предположении, 302
Агрегат
Г --^т
Глобулярный белок »
\ /*
Т ^-^7 Т
Супервторичная структура а •
t /\ /\ /\ /\
Вторичная структура i i А А & А. к.
t AAA41AII
Аминокислотная последовательность
Рис. П.4. Уровни структурной организации глобулярных белков [157]
что взаимодействия всех видов четко разграничены, нет взаимодействий между несоседними в полипептидной цепи элементами или между элементами разных уровней” [157. С. 83]. Никаких сомнений в общности схемы структурных уровней организации глобулярных белков у авторов нет.
9.1. СУПЕРВТОРИЧНЫЕ СТРУКТУРЫ
Схема Шульца и Ширмера отличается от аналогичной схемы Линдерстрем-Ланга большей детализацией пространственной организации белковой цепи на пути от вторичных структур к третичной. Г. Шульц и Р. Ширмер добавили уровень супервторичных структур для обозначения энергетически предпочтительных агрегатов вторичных, регулярных структур.
Впервые супервторичкые структуры были постулированы в 1952 г. Криком [215] и в 1953 г. Полингом и Кори [216] при интерпретации тонких различий в рентгенограммах а-кератина и а-спиралей синтетических гомополипептидов. Ф. Крик описал структуру а-кератина с двумя и тремя нитями в жгуте, объяснив выгодность скручивания единичных спиралей образованием дополнительных взаимодействий между боковыми цепями. Л. Полинг и П. Кори предложили для а-кератина модель жгута из семи а-спиральных нитей. Позднее были предположены супервторичные структуры и они действительно были обнаружены на линейных участках тропомиозина, легкой цепи меромиозина, коллагена и т.д., т.е. фактически у всех фибриллярных белков. Наличие сложных образований из а-спиралей, (В-складчатых листов, других регулярных форм и их различных комбинаций является, таким образом, характерной чертой пространственной организации фибриллярных белков, точнее, регулярных компонентов этих белков.
Геометрические параметры одиночных а-спиралей при их скручивании в жгут претерпевают небольшие отклонения от своих оптимальных значений, которые не приводят к заметному повышению энергии. Суперспирализация может осуществляться приблизительно
303
с равным успехом при параллельном и антипараллельном направлениях аминокислотных последовательностей. Выбор в каждом случае диктуется наилучшими условиями упаковки боковых цепей в местах контактов спиралей. Супервторичные структуры могут быть построены не только из а-спиралей, но и включать (3-структуры. В общем случае состав супервторичных структур описывается звеньями (аа), (а(3), ((За), ((3(3), (|3?|3) и их комбинациями. Звено ((3?(3) состоит из двух ^-складчатых листов (с параллельным и антипараллельным направлением двух (3-тяжей в каждом (3-листе) и сочленения ?, которое может быть также (3-складчатым листом ((3(3(3), являться а-спиралью ((3а(3) или не иметь
