Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
Усовершенствование рассматриваемой процедуры направлено на уменьшение полного произвола в выборе новой деформации. С этой целью в работах Г. Шераги и соавторов были привлечены метод самосогласованного электрического поля [179-181] и поляризационный метод ориентации диполей различных частей молекулы [182]. В обоих случаях предпочтение отдается выбору, ведущему к уменьшению энергии электростатических рзаимодействий. Р. Абагян и М. Тотров, стремясь к тому же, используют функции распределения конформационных точек белков, трехмерные структуры которых известны, в пространстве (р-\у и % [183].
, Метод деформации с одновременной минимизацией энергии, как и дюбой из существующих методов конформационного анализа пептидов и |»елков, не в состоянии количественно оценить всевозможные структурные Варианты сложного объекта, составленные из предпочтительных по энергии форм свободных аминокислотных остатков. Более того, и это также црляется принципиальным недостатком, метод не обеспечивает объективный контроль получаемых результатов и не гарантирует от пропуска яерспективных для последующего расчета конформаций. Его существенное ограничение состоит в быстром увеличении компьютерного времени с усложнением системы; так необходимое для каждой локальной оптимизации время увеличивается по меньшей мере квадратично росту пере-Цренных; одновременно возрастает число шагов и число итераций каждого Цага [136].
Метод температурного "отжига". Подход достаточно универсален и Цожет быть использован при изучении самых разнообразных проблем, связанных с оптимизацией. Расчет системы начинается с процедуры Монте 4Сарло при повышенной температуре и затем воспроизводится при более ризких. График охлаждения - важнейший элемент данного метода. Если #н выполняется соответствующим образом, то исследуемая система (в *ашем случае, конформационно лабильный пептид), постепенно "замо-
раживаясь", принимает состояние, отвечающее самой низкой энергии (т.е. глобальной трехмерной структуры) [184-187]. Присущий методу недостаток состоит в крайней чувствительности конечного результата к графику охлаждения. И хотя при рассмотрении некоторых проблем связанных с минимизацией, и были найдены удовлетворительные решения [188], тем не менее выбор оптимального режима понижения температуры как правило, является уделом "проб и ошибок".
Техника "отжига" в конформационном анализе пептидов и белков часто используется в комбинации с методом молекулярной динамики, в котором температура вводится в расчет посредством кинетической энергии. Самый простой и наиболее распространенный алгоритм этого метода был предложен X. Берендсеном и соавт. [189]. Сравнение его с другими алгоритмами метода молекулярной динамики выполнено в работе [190]. Комбинированный метод динамического "отжига" применяется в анализе более или менее сложных пептидов, однако непременно с использованием экспериментальных ограничений, получаемых от рентгеноструктурной кристаллографии и ЯМР [191-194]. Расчет, таким образом, сводится к уточнению уже известной структуры или выбору из небольшого числа предполагаемых вариантов. В разработанном М.Сноу подходе привлекаются данные о гомологии белков [195, 196]. Метод "отжига" широко используется, правда с переменным успехом, в конформационном анализе простых пептидов [197-200], причем наиболее популярным объектом является энкефалин, конформационно достаточно простой эндогенный пентапептид, содержащий два остатка Gly [200-206]. Дж. Хиго и соавт. [207] предложили процедуру длительного "отжига" в комбинации с методом взвешенного набора переменных [208] и минимизацией энергии по вторым производным, позволяющим судить об анизотропии потенциальной поверхности. Авторы использовали процедуру для расчета конформационных состояний пептидных петель в белках, структуры которых известны [209].
Метод статистической информации. Это целое семейство процедур, в которых для отбора конформаций, служащих исходными приближениями в последующем расчете, используется разного рода вероятностная информация. Ее источником может быть банк данных белковых структур, статистическое распределение остатков на конформационных картах ср— усредненная предпочтительность парных остаток-остаточных контактов или алгоритмы предсказаний вторичных структур [210-216]. Очевидно, данные такого рода ориентировочны и могут скорее ввести в заблуждение, чем помочь в решении структурной проблемы пептидов и тем более белков. Конформационные возможности каждого из них определяются не статистикой, а определенной и всегда уникальной аминокислотной последовательностью. Показательно в этом отношении исследование М. Ламберта и Г. Шераги [210-212] панкреатического полипептида из 36 остатков. В расчет его структуры в качестве дополнительной вероятностной информации привносятся данные о распределении значений двугранных углов основной цепи в четырех областях конформационной карты ф-\|/ и распределении конформационных состояний трипептидных сегментов на нерегулярных участках трехмерных структур белков, изученных кристаллографически. Набор исходных для оптими-
