Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
Согласно термодинамической гипотезе К. Анфинсена [73], предпосылки для окисления атомов серы цистеинов, образующих в пептидах дисуль-фидные мостики, обусловлены стерической предрасположенностью соответствующих участков аминокислотной последовательности к таким кон-формационным состояниям, в которых остатки Cys оказываются сближенными, а их боковые цепи имеют необходимую для создания S-S-связи взаимную ориентацию. В процессе свертывания пептидной цепи сближенность цистеинов в самых низкоэнергетических конформациях линейной последовательности достигается за счет стабилизирующих невалентных взаимодействий между всеми остатками цепи. Таким образом, предполагается, что механизм спонтанной самоорганизации нативной структуры пептида является не чисто статистическим, а статистико-детерминирован-ным, причем стерически разрешенными или самыми предпочтительными становятся только взаимодействия между определенными парами остат-
gOB Cys. При априорном многостадийном конформационном анализе {Ложного пептида автоматический приход на завершающем этапе расчета к наиболее низкоэнергетическим конформациям линейной последовательности с близкими контактами между остатками Cys, образующими по химическим данным дисульфидную связь, можно ожидать только при справедливости всех положенных в основу расчета положений теории и правильном количественном описании конформационного состояния молекулы. Предсказать заранее конформацию пептидной цепи, ведущей к нужной взаимной ориентации остатков Cys, не представляется возможным. В этой связи интерес представляет априорное исследование пространственного строения и конформационных возможностей таких сложных олигопептидов, как апамин, тертиапин, MCD-пептид и инсектотоксин I]. Однако только проверкой достоверности результатов анализа не исчерпывается значение изучения конформационных возможностей молекул таких соединений. При правильности определения их структур полученные данные будут мощным импульсом движения к главной цели - проблеме структурной организации белков.
Существование достаточно стабильных конформаций, которое наблюдалось даже у сравнительно небольших брадикининпотенцирующих пептидов (БПП5, БПП9, БППш) и ангиотензина, позволяет сделать существенное, далеко идущее предположение о возможности образования на некоторых участках белковой последовательности только под влиянием средних взаимодействий конформационно жестких структур - нуклеаций. Поскольку свертывание полипептидной цепи в компактную глобулу невозможно, если она состоит только из созданных средними взаимодействиями нуклеаций, то логично допустить, что в белковой последовательности наряду с ними имеются также конформационно более лабильные участки. В этом случае взаимодействия между остатками внутри того или рюго фрагмента выделяют не единичные конформационные состояния, а более или менее ограниченный спектр приблизительно равновероятных фю средним взаимодействиям) состояний. Развивая дальше эту мысль, кожно предположить, что учет средних взаимодействий в белковой цепи приведет к идентификации нуклеаций и конформационно лабильных участков. Свертывание цепи в глобулярную форму происходит под действием дальних взаимодействий. Их функция по отношению к нуклеациям заключается в дополнительной стабильности и корректировке конформационных состояний некоторых боковых цепей, а по отношению к лабильным фрагментам - к выбору из наборов равновероятных по средним взаимодействиям состояний единственных конформаций, обеспечивающих сближенность комплементарных друг другу нуклеаций. Доказательство справедливости предположения об образовании нуклеаций и о согласованности всех внутримолекулярных взаимодействий в глобуле имеет принципиальное Значение для решения структурной проблемы белка, так как в этом случае становится возможным представить проблему в виде последовательно решаемых проблем ближних, средних и дальних взаимодействий.
„ Молекулы цистинсодержащих олигопептидов - апамина, тертиапина, Hcd -пептида и инсектотоксина I) представляются удобными объектами Для проверки высказанного предположения о согласованности всех взаимо-
действий в белке. Их аминокислотные последовательности сложны и включают конформационно жесткие и лабильные участки. В формировании структур здесь принимают участие не только средние, но и дальние взаимодействия. Расчет дает возможность количественно оценить вклады этих взаимодействий, выяснить соотношение между ними и проследить на простейших по сравнению с белком, но в принципе аналогичных примерах укладку цепей в нативные структуры. Перечисленные молекулы позволяют также рассмотреть актуальный для белков вопрос о роли дисуль-фидных мостиков в пространственной организации пептидов, о побудительных мотивах и механизме их образования. Конформационный анализ бициклических апамина, тертиапина и MCD-пептида и полициклического инсектотоксина I] выполнен для линейных последовательностей без учета S-S-связей.
В соответствии с термодинамической гипотезой Анфинсена и теорией структурной организации белка (см. гл. 2), будем считать, что механизм свертывания этих сложных олигопептидов является не статистическим, а статистико-детерминистическим, причем стерически возможными или предпочтительными становятся взаимодействия только между определенными парами остатков Cys. Расчет всех молекул строился таким образом, что его результаты должны были опровергнуть или доказать справедливость представления о том, что определяет конформацию молекулы не образование дисульфидных мостиков, а, напротив, детерминированные состояния различных участков цепи, взаимодействия между которыми диктуют избирательную сближенность цистеиновых пар. При априорном многостадийном конформационном анализе пептидов из 18, 21, 22 и 36 аминокислотных остатков случайная сближенность цистеинов практически исключена. Поэтому автоматический приход на завершающей стадии расчета каждого пептида к самым низкоэнергетическим конформациям линейной последовательности молекулы с близкими контактами между соответствующими остатками Cys будет одновременно свидетельствовать о наличии согласованности всех видов межостаточных взаимодействий в глобальной структуре (одно из основных положений конформационной теории белка), справедливости термодинамической гипотезы образования дисульфидных связей, адекватности использованных в расчете потенциальных функций реальным атом-атомным взаимодействиям и, наконец, о правильном решении всех конкретных структурных задач.
