Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
Известно, что один стандартный аминокислотный остаток имеет в среднем около 10 низкоэнергетических конформационных состояний, отвечающих оптимальным формам соответствующих монопептидов и наблюдающихся в структурах белковых молекул. При фиксации углов ф, ф в области а-спирали (R) число таких состояний уменьшается не менее чем до 4. В а-спирали соматотропина входят 28, 22, 23 и 31 аминокислотных остатков. Следовательно, количество структурных вариантов для минимизации энергии, составленных только из предпочтительных для а-спиралей ориентаций белковых цепей, будет 324
Рис. II.11. Схематическое представление трехмерной структуры Met1-соматотропина свиньи [284]
Петля 3
Петля 2
S — S —
Петля 1
N-Концевой участок
'—S — S — C-Концевой участок
не меньше, чем соответственно 428, 422, 423 и 431. Из этого огромного количества возможных конформационных состояний Карласси и соавт.
[285] выбирают для каждой спирали лишь одно состояние. Аргументы в пользу такого выбора несостоятельны, так как углы (р, ф поли-L-аланина могут на многие десятки, вплоть до сотни, градусов отличаться от углов спиральных остатков в белковой цепи (рис. II.3), а углы х’> X2,... аминокислотных остатков белка могут не иметь ничего общего с углами х'-Х2. .. самых лучших конформаций изолированных монопептидов. Причем минимизация энергии при одновременной вариации большого числа переменных (например, у спирали 4 соматотропина их больше 160) не является эффективной даже для одного варианта. Таким образом, после первого этапа исследования пространственного строения бычьего соматотропина (рис. 11.10) были получены конформации четырех спиралей со случайными ориентациями боковых цепей и произвольными значениями углов основных цепей, попадающих в спиральную область (R).
Второй этап исследования, посвященный выяснению взаимного расположения спиралей, несложно пройти, зная кристаллографическую структуру Met1-соматотропина (рис. II. 11). Естественно, из многочисленного набора всевозможных вариантов супервторичных структур предпочтение было отдано опытной структуре, представляющей собой левую суперспираль из четырех а-спиралей, контактирующих друг с другом боковыми цепями гидрофобных остатков.
Уточнение выбранной супервторичной структуры составило содержание третьего этапа. Оно заключалось в минимизации энергии с помощью методов, изложенных в работах [288, 289]. Расчет, как и на первом этапе, проводился в две стадии. Сначала варьировались двухгранные углы только боковых цепей всех спиралей, что преследовало цель исключить наталкивание остатков сближенных вторичных структур. На второй стадии минимизации энергии углы основных цепей спиралей по-прежнему оставались фиксированными, а
325
изменялись углы боковых цепей и дополнительно введенные шесть переменных, координирующих положение спирали как твердого тела. Три новые переменные определяли координаты центра оси каждой спирали, а три другие, эйлеровские углы, — ее ориентацию. Как бы ни производился последующий расчет и какие бы при этом ни использовались совершенные методы минимизации, то, что уже было заложено в исходные модельные приближения, исключает получение объективных результатов. К упаковке белковой цепи в супер-вторичную структуру белка авторы подошли с четырьмя а-спиралями, имеющими, как оказалось, случайные ориентации боковых цепей и также случайные, но только в пределах одной области R, значения двухгранных углов основной цепи [285]. Последние при минимизации на третьем и последующих этапах закрепляются и, следовательно, остаются в окончательной структуре белка. Что касается боковых цепей, то расчет пакета а-спиралей с вариацией углов х1, Х2> -.- ничего существенного во взаимном расположении остатков взаимодействующих спиралей изменить не может, поскольку при минимизации энергии углы меняются только в пределах своих локальных минимумов, заданных исходными приближениями. Поэтому двухгранные углы боковых цепей спиральных остатков в супервторичной структуре остаются такими же случайными, какими они были в изолированных спиралях.
Столь же достоверны результаты исследования конформаций нерегулярных участков (этап 4), которые включают 40 (петля 1), 9 (петля 2) и 24 (петля 3) аминокислотных остатков. Кроме того, нерегулярными участками являются N-концевая последовательность из шести остатков и С-концевая — из восьми (рис. 11.11). Итого, около 45% остатков не входит во вторичные структуры. Исходные для минимизации конформационные варианты нерегулярных фрагментов генерировались таким образом, чтобы их геометрические мотивы приближались к пептидному скелету кристаллической структуры Met1-соматотропина и при этом выдерживались определенные расстояния, присущие супервторичной структуре, в частности, расстояние между двумя парами остатков Cys, образующих дисульфидные связи. Предпринятая авторами попытка пойти дальше наблюдаемой структуры и рассчитать конформационные состояния остатков нерегулярной части белка заканчивается, как и в аналогичных случаях с конкретизацией до атомного уровня геометрии спиралей и суперспирали, неудачей [285]. При комбинированном подходе и, прежде всего, при использовании методики формирования нулевых приближений иного результата быть не может.
