Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
[276] исследовали пространственное строение интерлейкина 2, спектры КД которого указывают на принадлежность белка к a-группе. Всего
11. Проблема белка, т. 2 321
было рассмотрено 3,9 • 104 вариантов супервторичной структуры из а-спиралей. Из них 27 конформаций удовлетворяли стереохимическим правилам и условию образования дисульфидной связи между Cys-58 и Cys-105. Они были разделены на пять различных структурных категорий, содержащих пучки из четырех а-спиралей, закрученные вправо. Согласно кристаллографической структуре интерлейкина 2, полученной вскоре Б. Брандхубером и соавт. [277] с разрешением 3,0 А, белок, действительно, состоит из антипараллельных а-спираль-ных узлов, упаковка которых, однако, существенно отличается от предсказанной [276] и наблюдаемой ранее у нескольких других белков [253]. Ф. Коэн и И. Кунтц [278] предприняли попытку предсказать трехмерную структуру белкового гормона роста человека, не прибегая к данным рентгеноструктурного анализа и максимально используя на всех этапах исследования корреляционные статистические соотношения, а также расчет структурных вариантов гипотетических супервторичных структур. Из спектров КД было установлено наличие 45— 50% а-спиралей и отсутствие (3-структуры. Поэтому белок, состоящий из двух доменов, был отнесен к группе (а). Далее анализируется фактически не пространственное строение молекулы, а только ее регулярная часть. Вторая же половина гормона, которая включает 50—55% остатков, остается вне внимания авторов.
Считается, что часть нерегулярных участков предназначена для образования сближающих а-спирали (3-изгибов, последовательности которых, но не их конкретная геометрия, идентифицируются с помощью алгоритма, разработанного при изучении взаимодействий в глобулярных белках а-спиралей с (3-складчатым листом [263]. Сами спирали и их границы предсказываются, используя алгоритмы, в которых особое значение в инициации, формировании и обрыве спиралей придается гидрофобным остаткам [263, 266, 278, 279]. Поскольку точность использованных алгоритмов предсказания невелика, разбиение последовательности на регулярные и нерегулярные участки является ориентировочным. Однако в дальнейшем анализе оно остается неизменным. Затем рассматриваются спираль-спиральные взаимодействия с помощью так называемого спираль-упаковочного алгоритма [271]. В результате выделяются три вида супервторичных структур, области контактов а-спиралей в которых локализуются методом Р. Ричмонда и Ф. Рихардса [266] с привлечением стереохимических правил. Этот перечень последовательных манипуляций завершается повторным обращением к спираль-упаковочному алгоритму [271], контролем межатомных расстояний [196, 273, 280, 281], использованием эмпирического отношения площади поверхности глобулы к ее объему [282] и оценкой стабилизирующих дипольных взаимодействий спиралей в супервторичных структурах [283]. Было рассчитано всего 10х структурных вариантов супервторичной структуры белкового гормона [278]. Из них финиша достигли пять структур, представляющих собой правоскрученные пучки из четырех а-спиралей. Проверить результаты работы путем непосредственного сопоставления с данными опытной структуры гормона роста человека пока не представ-322
Рис. 11.10. Схема комбинированного подхода к предсказанию трехмерной структуры бычьего Met1-соматотропина [285]
ляется возможным. Однако известна кристаллографическая трехмерная структура молекулы гомологичного белка — гормона роста свиньи
[284]. Она существенно отличается от всех найденных Коэном и Кунт-цем структурных вариантов тем, что содержит суперспираль из четырех антипара л лельных а-спиралей, закрученных не вправо, а влево.
п*
323
Наиболее строго комбинированному или иерархическому подходу следуют JI. Карласси и соавт. [285], использующие его возможности для предсказания трехмерной структуры бычьего соматотропина — белка из 191 остатка, известного также как гормон роста. Схема исследования, представленная на рис. 11.10, включает пять этапов:
1) конструирование и расчет изолированных вторичных структур;
2) генерация возможных наборов супервторичных структур; 3) упаковка вторичных структур в супервторичные путем минимизации энергии; 4) генерация промежуточных нерегулярных участков; 5) минимизация конформационной энергии всей молекулы белка. Для оценки реальных возможностей комбинированного подхода кратко остановимся на содержании этих этапов. Решающую роль в исследовании пространственного строения бычьего соматотропина сыграла информация о кристаллографической структуре Met1-соматотропина свиньи [285]. Оба белка имеют чрезвычайно высокую гомологию (> 90%), выполняют одну функцию, и поэтому нет сомнения в совпадении их трехмерных структур. Хотя авторам, как они пишут, не были известны координаты атомов молекулы Met1-соматотропина, но они обладали полным представлением обо всех а-спиралях, способе их упаковки в суперспираль и шейпах основных цепей всех нерегулярных участков (рис. 11.11) [285]. Таким образом, в этой работе не было проблем с локализацией в аминокислотной последовательности регулярных и нерегулярных структур, их взаимной ориентации и многими другими аспектами пространственного строения белка. На первом этапе проблемы возникли с количественным анализом конформационных состояний остатков в четырех а-спиралях. Потребовалось формирование нулевых приближений для минимизации энергии при вариации двухгранных углов ф, ф, со основной цепи и углов х1, Х2>-- боковых цепей остатков. Для основных цепей спиралей выбираются значения ф, ф, ы, рассчитанные Чоу и соавт. [286] для а-спирали поли-Ь-аланина (-68, -38, 180°), а для боковых цепей — значения самых низкоэнергетических конформаций в R-форме соответствующих метиламидов N-ацетил-а-аминокислот [287]. Задача решается в две стадии. Сначала минимизируется энергия при вариации только углов боковых цепей, а затем — всех двухгранных углов каждой а-спирали. Можно утвержать, что использованные авторами процедуры выбора нулевых приближений и способ минимизации энергии не ведут к реальным значениям двухгранных углов основных и боковых цепей [285]. Приведем лишь один аргумент в пользу такого заключения.
