Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
Обратим внимание еще раз на отсутствие соответствия принимаемой в работах концепции о пространственной организации белковых молекул имеющимся опытным данным об их трехмерных структурах. По оценкам различных авторов, общее среднее содержание в третичных структурах а-сииралей и (3-структур не превышает 50%. Имеются белки с более высоким содержанием регулярных форм и белки, в которых они практически отсутствуют. Хотя по отношению к
328
структуре белков понятие среднего содержания вторичных структур не имеет физического смысла, тем не менее напомним, что приведенное значение (~ 50%) сильно завышено. Данное обстоятельство указывает на то, что вторичные и супервторичные структуры, т.е. регулярные формы и их комбинации, не являются для белков фундаментальными структурными субъединицами. Следовательно, любая конформацион-ная теория, исходящая из наличия только а-спиралей и Р-структур, будет в лучшем случае иметь частный характер.
Таким образом, существующий экспериментальный материал свидетельствует о несостоятельности традиционного представления о пространственном строении глобулярных белков как о наборе регулярных структур. Подобное представление, возникшее в начальный период структурных исследований белков (1930—1950-е годы), оказалось справедливым лишь по отношению к регулярным компонентам фибриллярных белков и ограниченной группе глобулярных белков. Большая часть белковых молекул существенно иррегулярна. Поэтому столь распространенное разделение пространственного строения белка на вторичные и третичную структуры, предложенное в 1952 г. Линдерстрем-Лангом [3], или на вторичные, супервторичные, доменные и третичные структуры, предложенное в 1979 г. Шульцем и Ширмером [157], строго говоря, лишено общности, что делает бесплодным поиск простых эмпирических корреляций между регулярными формами основной цепи и аминокислотной последовательностью.
Другая общая для рассматриваемых исследований черта состоит в стремлении избежать, или крайне упростить анализ взаимодействий даже между соседними по цепи остатками. При корреляционном подходе это также неизбежно, поскольку признание значительной роли межостаточных взаимодействий в формировании структуры белка равносильно отказу от поиска эмпирических зависимостей. Действительно, при огромном множестве комбинаций как природных аминокислот в последовательности, так и конформационных состояний каждого остатка количество подлежащих рассмотрению вариантов структур даже на малых олигопептидных участках боковой цепи столь велико, что для их корректного статистического анализа недостаточно опытных данных о структурах всех имеющихся в природе белков. В этом заключается еще одна принципиальная ограниченность статистического подхода к исследованию пространственного строения белков. Она также не оставляет никаких надежд на возможность решения эмпирическим путем структурной проблемы белка в будущем при накоплении большого экспериментального материала, как это предполагают вслед за Максфилд и Шерагой многие исследователи [134]. Далее, во всех работах этого направления при обсуждении пространственного строения белка подразумевается лишь конфигурация полипептидной цепи.
Ни в одном исследовании вопросы, касающиеся конформационных состояний боковых цепей, составляющих по числу атомов две трети всей белковой молекулы, их взаимообусловленности и влияния на форму основной цепи, не только не решаются, но по существу не ставятся.
329
Между тем у эволюционно отобранной, гетерогенной аминокислотной последовательности именно взаимодействия боковых цепей между собой и с элементами основной цепи приводят к резкой энергетической дифференциации вероятных конформационных состояний макромолекулы и делают возможным выделение из их огромного количества наиболее стабильной, строго определенной нативной трехмерной структуры белка. В силу этого обстоятельства на локальных участках белковой цепи в зависимости от ее аминокислотного порядка возможна реализация разнообразных структур, главным образом нерегулярных.
Представление о том, что у гетерогенной полипептидной цепи наиболее компактными, энергетически предпочтительными во всех случаях оказываются только регулярные структуры, не подкрепляется физическими соображениями, противоречит экспериментальным данным и результатам теоретического конформационного анализа. Такое представление нельзя объяснить соображениями общего характера. Часто встречаемые в природе регулярность и простота форм всегда обусловлены физическими причинами, стремлением обрести минимальную свободную энергию. У монокристалла, например, высокая симметрия элементарной ячейки представляет наилучшие условия идентичным молекулам для образования между ними наибольшего количества стабилизирующих контактов и, следовательно, возможность иметь наименьшую энергию; у жидкости шаровая форма капель обладает минимальной поверхностью и, соответственно, наименьшей энергией поверхностного натяжения и т.д. У белков с сугубо нерегулярным расположением вдоль цепи боковых радикалов пространственные структуры с регулярными формами основной цепи, очевидно, не могут во всех случаях обеспечить максимальное число эффективных внутримолекулярных контактов и быть всегда самыми стабильными.
