Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
Нейротоксин СМ-14 на участке 1-23 содержит следующие четыре замены: Met1, Не2, Не14 и Pro18 вместо Leu1, Glu2, Thr14 и Ser18-
Информационные возможности боковой цепи Met1 в этом белке удовлетворительно передает карта Xi“X2> полученная для нейротоксина D. драена Glu2 и Не2, как показало сопоставление соответствующих сечений ^ргенциальной поверхности, сопровождается ослаблением взаимодействий (Р*овых цепей нового остатка и His4 вследствие потери электростатического вклада; конформационная свобода Не2 ограничена, по существу, одной областью при Хь Хг ~ 60, 180°. Малую подвижность имеет также ((Ьковая цепь Не14; наиболее выгодная ее ориентация отвечает значениям tu Хг ~ 180' 180°, далее следует ~ 60, 180° и -60, 180°. Нейротоксин Р Сличается от СМ-14 еще одной заменой Pro11 на Argn. Влияние на Конформацию участка Met’-Cys23 четырех других замещений аналогично рассмотренным случаям. Боковая цепь Arg11 обладает большими конфор-||ационными возможностями в отношении углов Хь Хг ПРИ Хз> Х4 ~ 180°, чем при Хз ~ 60 и -60°. Самыми выгодными положениями боковой цепи
Сйри Хз- X4 ~ 180°), являются Хь Хг--------60. !80° и -60, -60°. На
Ш-2,0 ккал/моль менее предпочтительно положение Хь Хг ~ 60, 180°.
Таким образом, рассмотрение в свете результатов теоретического Информационного анализа фрагмента нейротоксина Leu’-Cys2-* пяти ^мологичных белков приводит к заключению, что различия в аминокислотных последовательностях участка 1-23 не сказываются на форме Пептидного остова и конформации дисульфидного мостика Cys3-Cys2\ Все остатки гомологов свободно встраиваются в рассчитанную для нейро-токсина II циклическую трехмерную структуру Leu’-Cys23, не вызывая ее дестабилизации. Принимаемые иногда новыми остатками иные положения боковых цепей также отвечают низкоэнергетическим областям %\~Xi соответствующих остатков нейротоксина II, которые в этих случаях Оказываются более предпочтительными. Следовательно, рассчитанная геометрия белкового остова предоставляет возможность реализации у различающихся аминокислот в эволюционно отобранных последовательностях нейротоксинов ряда конформационных состояний. Для всех гомологов найденная структура фрагмента 1-23 является глобальной.
Только что изложенные результаты исследования пространственного строения трикозапептидного N-концевого фрагмента нейротоксина представляют исключительный интерес для понимания принципов структурной организации белковых молекул и утверждения бифуркационной теории Свертывания, физической конформационной теории и метода расчета ab Witio на атомном уровне трехмерных структур. Перечислим наиболее |Ькные вопросы самого общего порядка, в решении которых данные Теоретического конформационного анализа участка Leu’-Cys23 нейроток-Яна П обретают принципиальное значение.
1. Впервые на количественном уровне доказано наличие согласован-•Ьсти в белковой глобуле всех ближних, средних и дальних невалентных взаимодействий. Глобальная конформация свободного фрагмента ffcu'-Cys23 совпала (с экспериментальной точностью рентгеноструктурного Зализа хорошего разрешения) с геометрией соответствующего участка в кристаллической структуре гомологичного белка, в которой остатки Leu'-WS23 образуют, помимо учтенных в расчете, множество других контактов •Ьстатками С-концевой части последовательности (Tyr24-Asnftl).
2. Выявлены функции ближних, средних и дальних взаимодействий определяющих возможность, направленность и предел самопроизвольного процесса свертывания белковой цепи в нативную конформацию. Этот вопрос рассматривается (с привлечением экспериментальных данных и неравновесной термодинамической модели) в следующей главе после анализа результатов априорного расчета пространственной структуры молекулы бычьего панкреатического трипсинового ингибитора.
3. Расчет белкового фрагмента подтвердил вытекающие из конформационного анализа многих цистинсодержащих олигопептидов выводы о роли дисульфидных мостиков и механизме их образования. Можно считать доказанным, что автоматизм в создании S-S-связей в белковой глобуле обусловлен стерической предрасположенностью соответствующих участков аминокислотной последовательности к такому формообразованию, которое неизбежно ведет к сближенности определенных остатков цистеина и необходимой для окисления атомов серы взаимной ориентации их боковых цепей.
4. Впервые на теоретической количественной основе рассмотрены те особенности в структурной организации белковой последовательности, которые ответственны за консервативность геометрии основной цепи при многочисленных, однако всегда строго детерминированных (гомологичных) заменах аминокислот.
5. Совпадение результатов априорного расчета конформационных возможностей сложного белкового фрагмента с опытными данными о кристаллической структуре белка впервые убедительно подтвердило, во-первых, справедливость физической теории структурной организации белков, лежащей в основе данного расчета, и, во-вторых, реальность многостадийного подхода, использованных потенциальных функций и параметризации для количественной оценки невалентных взаимодействий, формирующих пространственную структуру белка.
