Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
Если речь идет о свертывании гетерогенной аминокислотной по-
313
следовательности, нет оснований разделять полипептидную цепь на регулярные и нерегулярные участки, противопоставлять друг другу их конформационные свойства и отводить нерегулярным участкам второстепенную роль в организации трехмерной структуры, полагая, что они в чем-то (например, в скорости свертывания или стабильности) всегда уступают так называемым регулярным участкам. Поэтому классификация гетерогенных белковых фрагментов на регулярные и нерегулярные, с моей точки зрения, нецелесообразна. Такое разделение разрушает естественную гармонию сложной сети тонких внутримолекулярных взаимодействий и не адекватно с физической точки зрения как реальной картине сил, стабилизирующих нативную конформацию, так и эволюционно отобранному спонтанному механизму сборки аминокислотной последовательности. Отделение регулярных участков от нерегулярных, забвение последних, идеализация первых и последующая манипуляция только с ними создают ложное представление
о возможности упрощения проблемы и о якобы открывающемся в этой связи подходе к ее решению.
Концепция о доминирующем значении регулярных вторичных структур (начало 1950-х годов) и супервторичных структур (начало 1970-х годов) никогда не была подкреплена ни строгим доказательством, ни даже просто убедительными доводами. К последним трудно отнести утверждение об особой роли в стабилизации структуры белка пептидных водородных связей, если учесть имеющиеся экспериментальные данные и принять во внимание то обстоятельство, что свертывание белковой цепи происходит в водной среде. Несостоятельность схемы Шульца и Ширмера заключается не только в том, что в ней не учитывается значительная доля аминокислотных остатков в создании белковой структуры. Конечно, трудно, но можно было бы объяснить (привлекая, например, в качестве аналогии кристаллизацию перенасыщенного раствора под действием затравки), почему ответственными за построение нативной конформации, в частности а-химотрипсина, являются лишь 27% остатков, а С-концевого домена папаина и того меньше — только 7%. Однако рассматриваемые концепция и схема остались бы столь же ошибочными, даже если увеличить содержание вторичных структур в несколько раз.
В обоих случаях основополагающим является предположение, что вторичные структуры энергетически более предпочтительны и их образование и последующее образование из них более сложных структур должны всегда быть опережающими по сравнению с образованием всех других форм. Именно по этой причине нерегулярные участки белка не нашли себе места в схеме Шульца и Ширмера. Такое предположение неправильно по отношению к а-спиралям и еще в большей степени к ^-структурам. Расчеты показали, что Р-тяжи не являются стабильными образованиями в создании Р-складчатых листов и p-супервторичных структур и играют пассивную или второстепенную роль. Активную функцию выполняет промежуточный нерегулярный участок, который сближает два флуктуирующих фрагмента цепи, имеющих склонность к образованию вытянутых форм. Этот участок 314
является конформационно более жестким и энергетически более предпочтительным, чем (3-тяжи, и, следовательно, имеет большую скорость формообразования. Игнорирование в структурной организации нерегулярных участков неправильно также с термодинамической точки зрения. Концепция вторичных структур и схема Шульца и Ширмера не выдерживают и кинетической проверки. Расстояние между вторичными структурами (супервторичными структурами и доменами) в белках часто бывает столь большим, что объяснить их сближенность и сборку всей конформации белка за приемлемый в биологической шкале времени период можно только допустив образование промежуточных конформационно жестких нерегулярных областей.
Пространственное строение глобулярных белков иррегулярно, поскольку отсутствует гомогенность в его химическом строении. Химическая гетерогенность белковой последовательности определяется расположением боковых цепей. Взаимодействия боковых цепей друг с другом и с пептидными группами в силу их многочисленности превалируют над взаимодействиями элементов основной цепи, и поэтому они могут определять выбор структуры последней из представительного набора приемлемых для нее конформационных состояний, некоторые из которых близки к регулярным. Следовательно, реализуемая пространственная структура белковой молекулы есть результат сложения неодинаковых по своему воздействию на процесс структуро-образования сил, как правило, более мощных сил взаимодействия нерегулярно расположенных в последовательности и обладающих большой конформационной свободой боковых цепей и более слабых сил взаимодействия элементов регулярной полипептидной цепи. Убедительным подтверждением именно такого соотношения между энергетическими вкладами боковых заместителей и пептидного остова в стабилизацию структуры белка служит прежде всего факт огромного конформационного разнообразия белковых молекул, имеющих одинаковую основную цепь и разное расположение стандартных боковых цепей.
