Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
||(рш приближений формируется с N-конца путем генерации наиболее |рмоятных конформаций перекрывающихся трипептидов до тех пор, пока 0сло структурных вариантов основной цепи полипептида не достигнет рЛсячи. Затем их энергия подвергается стандартной процедуре минимизации ПРИ варьировании торсионных углов. Структура исследованной |^мбертом и Шерагой молекулы была заранее известна; она состоит из неправильных спиралей, расположенных визави. Успех предсказания, который сами авторы считают относительным, заключается в грубоориен-Ифовочной локализации участка p-изгиба и положения одной спирали. ]& Васкес, Г. Немети и Г. Шерага, анализируя возможности метода с привлечением статистической информации, замечают, что "...он не может рьггь полезным в отсутствие сведений о дальних взаимодействиях" [136. (Г, 2196], иными словами, без знания трехмерных структур.
Попытки получить информацию о дальних взаимодействиях с помощью риторических корреляций предпринимаются уже в течение последних двух рсятилетий [217-219]. До сих пор удовлетворительные результаты не были получены даже для ограниченной части белков, пространственное Строение которых можно грубо представить в виде комбинаций а-спиралей -складчатых листов. Такая оценка основывается, в частности, на результатах предсказаний трехмерных структур интерлейкина-2, гормона ?ОСта и интерлейкина-4 [214, 220, 221]. Для первых двух белков Сйхугствует совпадение как в предсказанных и наблюдаемых положениях в-спиралей, так и в характере их взаимодействия. Для третьего белка ^вложения четырех а-спиралей идентифицированы более удовлетворительно, однако их взаимное расположение предсказано с точностью до Лоборот (указана закрутка супервторичной структуры, противоположная “|блюдаемой [215, 222-225]).
К новым методам теоретического конформационного анализа пептидов Ц'белков, предложенным и опробованным в исследованиях конкретных ьектов, можно добавить еще несколько процедур поиска глобальных гранственных форм. Например, разработанный Г. Криппеном метод |к называемых энергетических вставок, который основан на деформации генциальной поверхности, ведущей к постепенному исчезновению Исокоэнергетических минимумов [226-228]. Аналогичная процедура была (Ьзднее предложена Е. Пурисимой и Г. Шерагой [229]. Метод деформации генциальной поверхности в комбинации с методом молекулярной *амики и с привлечением экспериментальных данных ЯМР был исполь-|ван в расчете ряда пептидов [230-232]. JI. Пиела и соавторы разра-гали метод диффузионного сглаживания потенциальной поверхности 33] и применили его в расчете оптимальных конформаций Met-энкефа-*а [234, 235]. Найденная при этом глобальная структура пентапептида эвлетворительно совпала с геометрией самой низкоэнергической формы, считанной методом Монте Карло минимизации [171, 172].
В связи с развитием генной инженерии, сделавшей доступными гантные белки, в последние годы более популярными становятся |счетные методы, основанные на предположении о существовании алогии между биологической эволюцией и процессом оптимизации. При 5м руководящей является идея об эволюции целой структурной попу-
ляции данного белка, а не идея единственной для него конформационной "траектории", т.е. трансформации одной структуры [236]. Методы были применены в расчетах грубых моделей пептидов и белков [237, 238], упрощенных непрерывных полипептидных цепей [239-242], моделей с фиксированным скелетом и заменяемыми боковыми цепями [243]; рассматривались также другие модели [244, 245]. Описание имеющихся генетических конформационных алгоритмов содержится в монографии Д. Голдберга [236] и обзоре С. Форреста [246].
В представленном в этом разделе кратком описании расчетных методов нашли отражение основные тенденции развития конформационного анализа пептидов и белков в последнее время. Несмотря на многочисленность и видимое разнообразие новых теоретических разработок, их сближает ряд общих черт принципиального характера, причем тех же самых, что были присущи предшествующим теоретико-методологическим исследованиям. Отмечу лишь три таких особенности. Во-первых, практически все предложенные методы расчета исходят из предположения, что нативная трехмерная структура белка имеет самую низкую внутреннюю энергию. Поэтому конечная цель каждого метода состоит в установлении глобальной конформации молекулы по известной аминокислотной последовательности. Такое предположение, сформулированное более 40 лет назад, до сих пор не встретило каких-либо противоречий со стороны экспериментальных фактов и, следовательно, может считаться оправданным. Во-вторых, в последние годы, как и ранее, во всех случаях предпринимались попытки подойти к расчету глобальной конформации белка путем усовершенствования предсказательных алгоритмов, процедур минимизации и вычислительной техники. Надежды на решение структурной проблемы по-прежнему связываются не с более глубоким проникновением в молекулярную физику белка и разработкой соответствующих теорий, а главным образом с достижением в области методологии теоретического конформационного анализа и развитием компьютерной аппаратуры. Между тем такой подход в принципе не может привести к априорному расчету глобальной конформации белка. В разделе 2.1 уже указывалось, что перебор со скоростью вращательной флуктуации (10~14 с) всех мыслимых конформационных состояний даже у низкомолекулярной белковой цепи (< 100 остатков) занял бы не менее Ю50 лет. Следовательно, при беспорядочно-поисковом механизме сборка белка как в условиях in vivo в процессе рибосомного синтеза, так и в условиях in vitro в процессе ренатурации не может осуществляться через селекцию конформации всех локальных минимумов потенциальной поверхности. Реальные же возможности самых совершенных современных методов расчета ограничены независимым анализом тетра- и пентапептидов, рассчитанных четверть века назад. Ни один из существующих теоретических методов не в состоянии проводить конформационный анализ сложных олигопептидов, а тем более белков, без привлечения дополнительной информации - результатов прямого эксперимента, касающегося исследуемого объекта, или статистической обработки имеющихся структурных данных. В-третьих для всех предложенных методов расчета характерно отсутствие классификации пептидных структур, оправданной с физической точки зрения и
