Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
Таким образом, важнейшая особенность белков, обусловливающая неизбежность возникновения необратимых бифуркационных флуктуаций и, следовательно, саму возможность спонтанного возникновения из хаоса высокоорганизованной структуры, согласно предлагаемой теории, заключается в специфической конформационной неоднородности природной аминокислотной последовательности. Это положение отражает суть рассматриваемого явления, постулирует наличие неразрывной связи между химическим строением белковой цепи, ее конфор-мационными свойствами и необратимыми флуктуациями. Гетерогенность природной аминокислотной последовательности ответственна за различие в конформационных возможностях отдельных участков. Конформационная гетерогенность альтернирующих жестких и лабильных белковых фрагментов порождает термодинамическую неоднородность флуктуаций, дифференцируя их на обратимые, равновесные, и необратимые, неравновесные. Такая связь обнаруживается только у отобранных эволюцией аминокислотных последовательностей.
Сборка белка начинается с чисто случайного, но неизбежного появления на некоторых олигопептидных участках цепи независимых друг от друга необратимых флуктуаций. Уникальные конформационные отклонения рано или поздно приведут к образованию за счет ближних и средних невалентных взаимодействий остатков нескольких жестких локальных структур - нуклеаций, разделенных участками, оставшимися подвижными. Таким образом, первый этап свертывания белковой цепи включает ряд параллельно идущих процессов структурирования отдельных фрагментов и завершается образованием первого промежуточного состояния (I]). В результате на термодинамической ветви возникла первая бифуркационная точка, являющаяся поворотной в отношении направленности и характера дальнейшего развития событий; с этого момента механизм сборки белка становится истинно неравновесным процессом. Далее, также за счет случайно возникающих флуктуаций в специфические взаимодействия вовлекаются удаленные по цепи остатки, принадлежащие разным участкам белка. Их сближенность происходит опять-таки только при определенных и поэтому необратимых флуктуациях. Структурная стабилизация возникает здесь за счет пространственной комплементарности избирательно контактирующих конформационно жестких фрагментов.
Появление на втором этапе сборки за короткое время необратимых флуктуаций на значительно больших, но уже частично сконструированных участках также неизбежно при беспорядочно-поисковом механизме, поскольку увеличение количества взаимодействующих между собой аминокислотных остатков сопровождается уменьшением конформационных степеней свободы. Благодаря избирательности бифуркационных флуктуаций и их дополнительности друг к другу, ведущей к строгой согласованности, белок приобретает детерми-
465
нистические черты. Из конформационно-жестких фрагментов возникают нуклеации, которые через ряд случайных, но неизбежных событий входят в более крупные структурные образования (12), затем в домены
и, наконец в нативную трехмерную структуру белка. Устойчивый и конструктивный характер бифуркационных флуктуаций обусловлен уникальной аминокислотной последовательностью.
Описанная общая теория свертывания белковой цепи - это первый шаг к созданию физической теории структурной самоорганизации белка и реального метода расчета, которые позволили бы определять координаты атомов нативной трехмерной структуры белковой молекулы, ее динамические конформационные возможности и механизм сборки по известной аминокислотной последовательности. Выше она сформулирована в общей, не допускающей прямой экспериментальной проверки форме. Значение теории состоит в том, что она, используя нелинейную неравновесную термодинамику, впервые смогла дать принципиальную и непротиворечивую трактовку важнейшим особенностям структурной организации белка: беспорядочно-поисковому механизму сборки природной аминокислотной последовательности, самопроизвольному характеру возникновения и протекания всех стадий образования высокоупорядоченной трехмерной структуры, большой скорости и безошибочности процесса. Кроме того, изложенная теория указала направление и содержание дальнейшего поиска, который привел к разработке физической конформационной теории белка, созданию метода априорного расчета его трехмерной структуры, подтвержденного конкретными примерами, и количественному описанию механизма свертывания белковой цепи [327, 328]. Подробно этот материал будет изложен в следующем томе настоящего издания.
ЛИТЕРАТУРА
1. Lumry R., Eyring Н. // J. Phys. Chem. 1954. Vol. 58. P. 110-120.
2. Anfinsen C.B. // Science. 1973. Vol. 181. P. 223-230.
3. Левинталь С. // Молекулы и клетки. М.: Мир, 1968. Вып. З.С. 29^17.
4. Бауэр Э.С. //Теоретическая биология. М.: ВИЭМ, 1935. С. 350.
5. Wetlaufer D.B., Ristow S. // Annu. Rev. Biochem. 1973. Vol. 42. P. 135.
6. Rupley J.A. II J. Mol. Biol. 1968. Vol. 35. P. 455-467.
7. Matthews B.W. Annu. Rev. Phys. Chem. 1976. Vol. 27. P. 493-520. .
