Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
381
взаимного перехода. Наиболее медленной стадией денатурации белка является превращение микросостояний, при котором одно теряет последний признак нативной конформации, а другое приобретает первый признак статистического клубка (при ренатурации наоборот). Таким образом, по Крейтону, процесс свертывания белковой цепи заключается в постепенной потере промежуточными продуктами свойств макросостояния D и приобретении ими свойств макросостояния N, т.е. в последовательном приближении к трехмерной структуре нативного белка. Подробная трактовка белковой ренатурации и общее кинетическое уравнение полностью соответствуют двухфазной теории Брандтса и уравнению D N, в котором согласно теории D и N -макросостояния, включающие наборы микросостояний (см: например, рис. III. 1).
Рассмотренные здесь экспериментальные данные о денатурации белков, в том числе БПТИ, однако, трудно согласовать с простым линейным механизмом процесса, отвечающим теории двух состояний Брандтса и общей кинетической формуле Крейтона. Наиболее убедительно об этом свидетельствует, прежде всего, несоответствие между экспериментальными результатами исследования Крейтона и его же кинетическим уравнением, которое не может описать реальный механизм свертывания и развертывания белковой цепи выбранного нами простейшего тест-объекта. В самом деле, экспериментально и самим же Крейтоном доказано, что денатурация БПТИ in vitro представляет собой не прямолинейный, а разветвленный процесс, и поэтому свойства его метастабильных состояний не будут строго промежуточными между свойствами предшествующих и последующих состояний (см., например, рис. III.8). Путь денатурации проходит через ряд промежуточных продуктов, которые не обладают чертами ни одного из своих макросостояний. С другой стороны, имеются промежуточные продукты, близкие по укладке цепи к одному из макросостояний, однако путь к нему проходит не через эти продукты, а через их конверсию в другие продукты, менее напоминающие пространственную форму данного макросостояния. Обнаружены многочисленные факты, касающиеся денатурации других белков, которые также не отвечают строго последовательному и, казалось бы, наиболее простому пути укладки белковой цепи в нативную конформацию. Противоречат теории Брандтса результаты обсужденных ранее исследований Икай и Тэнфорда [49], Тейпеля и Кошланда [51], Эпштейна и соавт. [52], Гарела и Болдвина [54] и др. Предложенные в этих работах кинетические уравнения механизма денатурации не могут быть сведены ни к простейшему, ни к расширенному вариантам уравнения двухфазного перехода (N D), подобного фазовому переходу первого ряда.
382
Глава 13
РЕНАТУРАЦИЯ БЕЛКОВ, НЕ СОДЕРЖАЩИХ ДИСУЛЬФИДНЫЕ СВЯЗИ
В своей статье, опубликованной в 1992 г., Е. Лэттман и Г. Раузе анализируя некоторые особенности укладки белковой цепи в нативную конформацию, дают следующую оценку научной значимости проблемы свертывания белка и сегодняшнему состоянию ее разработки: "Несмотря на интенсивные исследования, обобщенное физическое понимание процесса свертывания остается туманным, а сама проблема свертывания белка, т.е. понимание того, как аминокислотная последовательность определяет трехмерную структуру, еще ждет своего решения. ... эта проблема предстает как один из наиболее значимых научных вызовов 20-го века" [109. С. 439]. Аналогичные высказывания содержатся в работах многих исследоват&лей, в том числе таких авторитетов в этой области, как Т. Крейтон и А. Фершт. Первый полагает, что наука по существу еще не приблизилась к решению проблемы свертывания белка [18], а второй, отмечая сложность проблемы, называя ее даже "устрашающей задачей” ("daunting task"), пишет: "Выявление принципов, управляющих свертыванием, представляет громадную нерешенную проблему, поскольку еще невозможно рассчитать de novo путь свертывания белка или даже выяснить является ли известная структура стабильной" [110. С. 5].
Действительно, проблема структурной самоорганизации белка — это целый комплекс сложнейших экспериментальных и теоретических задач. Однако главная трудность их решения, по нашему мнению, состоит в отсутствии аналогий, так как спонтанное возникновение трехмерной структуры белка является уникальным явлением живой природы. С физической точки зрения это явление заключается в самопроизвольной трансформации энергии хаотического движения в целенаправленную механическую работу создания высокоорганизованной молекулярной системы. Белки представляются почти единственными в природе (по меньшей мере, самыми совершенными и распространенными) автоматическими преобразователями энергии теплового и броуновского движения в энергию более высокого ранга — механическую и энергию стереоспецифических внутримол екулярных взаимодействий. Появившаяся спонтанно из хаоса упорядоченная трехмерная структура белка далее способна к трансформации всех других, необходимых для жизни видов энергии. Присущая белкам способность к структурной самоорганизации есть элементарное фундаментальное качество живой материи, обусловливающее специфические особенности биологических систем всех последующих ступеней иерархической лестницы живого.
