Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
Количество исходных для минимизации конформаций пяти нерегулярных участков (трех петель и двух концевых фрагментов), составленных только из низкоэнергетических состояний свободных остатков, ориентировочно имеет порядок 1040, 10Ч, 1024, 10ft и 108. Если даже предположить, что только десятые или сотые доли процента такого астрономического количества смогут удовлетворять условиям их встройки в кристаллографическую структуру белка, то и в этом случае 326
расчет нереален и нереально получение объективных количественных данных о пространственном строении нерегулярных участков с использованием экспериментальной информации. Рассмотренные на четвертом этапе 103 структурных вариантов петель являются практически бесконечно малой долей возможных конформационных состояний трех нерегулярных участков соматотропина. Шесть конформаций из этой тысячи стали объектами дальнейшего исследования на уровне всего белка, которое заключалось в минимизации энергии. Расчет проведен в три стадии с последовательным варьированием сначала двухгранных углов боковых цепей молекулы, затем углов основных цепей петель и, наконец, всех углов одновременно. Самая низкоэнергетическая конформация из шести рассчитанных была признана трехмерной структурой соматотропина. По мнению авторов, найденная ими структура является предсказанной [285]. Такое мнение, очевидно, не соответствует действительности и может вызвать недоумение. Чтобы предсказать структуру теоретически, необходимо дать ее независимое описание (если она известна) или заранее предвидеть ее особенности (если она еще неизвестна). Иными словами, исследование, претендующее на предсказание результатов, должно непременно содержать элементы априорности и приоритетности их получения. Ни того, ни другого в рассматриваемой работе нет. Найденная конформация белковой молекулы случайна во всех своих составных частях: а-спиралях, супервторичной структуре и нерегулярных участках последовательности. Сближает ее с нативной конформацией белка лишь внешнее сходство, достигнутое исключительно благодаря использованию данных рентгеноструктурного анализа. Однако оно имеет сугубо формальный характер и отнюдь не свидетельствует о достоверности "предсказанной" конформации, так как сравниваются структуры разных уровней организации, связь между которыми не однозначна. Ситуация здесь в принципе такая же, как при сопоставлении двух структур одного белка, полученных, в первом случае, из анализа сотен дифракционных рефлексов, а во-втором, — десятков тысяч, т.е. с существенно разным разрешением, например, 6,0 и 1,5 А. Первой структуре может соответствовать множество гипотетических структур атомного разрешения порядка 1,5 А, имеющих одну топологию белковой цепи, но отличающихся конформационными состояниями всех остатков. Для выявления из этого множества единственной структуры, совпадающей с экспериментальной структурой того же порядка разрешения (~ 1,5 А), требуется не комбинированный (иерархический) подход, а строгая физическая теория структурной организации белка и совершенно иной метод расчета.
327
Глава 10
ПЕРСПЕКТИВЫ ЭМПИРИЧЕСКОГО ПОДХОДА
Для всех эмпирических методов предсказания регулярных форм основной цепи на локальных участках аминокислотной последовательности, образования из этих форм супервторичных структур, доменов и трехмерных структур белковых молекул (с момента их появления и по сегодняшний день) характерны следующие черты принципиального порядка. Прежде всего, в основе всех исследований этого направления лежит конформационная концепция Полинга и Кори, согласно которой трехмерная структура белка представляет собой ансамбль регулярных, вторичных структур. Единство эмпирических методов предсказания по отношению к этой концепции неизбежно, поскольку в противном случае становится бесперспективным поиск эмпирических корреляций. Очевидно, если пространственное строение сложных макромолекул состоит не из отдельных немногочисленных стандартных блоков, а включает неограниченное количество разнообразных нерегулярных структурных сегментов, то нельзя рассчитывать на его описание с помощью простых правил, выведенных путем статистической обработки экспериментального материала, всегда крайне ограниченного в решении данной задачи. В первых работах предполагалось, что пространственное строение глобулярных белков почти сплошь состоит из вторичной структуры одного типа — а-спирали. Позднее к вторичным структурам был отнесен (3-складчатый лист, а затем (3-изгиб и недавно П-петли. Привлечение последних двух означало принципиальный отход от строгого определения понятия вторичной структуры, так как 3-изгиб и П-петли не являются регулярными формами. Кроме того, их идентификация отличается от идентификации а-спиралей и 13-структур по получаемой при этом информации о структуре белка. Если предсказание регулярной структуры в идеале означает определение на отдельном участке белковой цепи конформационных состояний составляющих его остатков, точнее, геометрии основной цепи участка, то предсказание изгибов и петель даже в идеале означает лишь утверждение об изменении направления цепи, причем, если это касается (3-изгибов, даже не на 180°, а лишь на угол больше 90°; для петель и такое ограничение отсутствует. Это связано с тем, что 3-изгибы и Q-петли могут быть реализованы путем практически неограниченного количества различных форм основной цепи, а каждая форма — набором большого числа конформационных состояний остатков. Излишне говорить, что между (3-изгибами и 0-петлями нет четких границ.
