Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
Глава 16
АПРИОРНЫЙ РАСЧЕТ ТРЕХМЕРНОЙ СТРУКТУРЫ МОЛЕКУЛЫ ПАНКРЕАТИЧЕСКОГО ТРИПСИНОВОГО ИНГИБИТОРА
Успех в решении принципиально новой, носящей мировоззренческий характер научной проблемы во многом определяется следующими тремя обстоятельствами. Во-первых, творческой потенцией ученого, его неудовлетворенностью достигнутым, обостренным чувством нового, пониманием, поначалу, быть может, не в полной мере осознанным, необходимости и своевременности постановки данной проблемы, представлением, что именно она является следующим звеном в цепи познания. По-видимому>
З^кими качествами обладали и подобные чувства испытывали У. Астбэри %'Дж. Бернал (1930-е годы) при постановке рентгеноструктурных исследований фибриллярных и глобулярных белков, Ф. Сенгер (1940-1950-е годы) ПРИ определении аминокислотной последовательности инсулина, д*. Уотсон и Ф. Крик (1953 г.) при расшифровке структуры молекулы ДНК и другие исследователи - основоположники молекулярной биологии. Во-вторых, исследование проблемы зависит от умения представить ее в виде последовательного и постепенно усложняющегося ряда задач, в котором решение каждой предшествующей задачи делает реальным рассмотрение последующей. Классическими примерами здесь являются программы и методологические принципы Э. Фишера и Э. Вальдш-Мидт-Лейтца, которыми они руководствовались при разработке пептидной теории (первые годы XX в.) и ферментативном изучении строения белков (1930-е годы). В-третьих, решающим во многих случаях является удачный выбор объекта исследования, максимально простого и в то же время правильно отражающего суть изучаемого явления. Можно ли для решения рассматриваемой нами проблемы структурной организации белка иметь свою "мушку-дрозофилу" или штамм Е. coli? Для этого, прежде всего, необходимо представлять, что в данном случае следует понимать под простейшим и одновременно типичным объектом, каким требованиям он должен удовлетворять.
Выбранный для первого в научной практике априорного расчета белковой трехмерной структуры объект, безусловно, должен быть низкомолекулярным, однодоменным, состоять из одной полипептидной цепи и являться прямым продуктом биосинтеза. Далее, его нативная конформация должна включать систему дисульфидных связей, поскольку в настоящее время эти связи служат, если и не единственным, то, во всяком Случае, самым надежным источником информации о структуре промежуточных метастабильных состояний. Кроме того, для выяснения принципов пространственной организации белков существенный интерес представляют количественные оценки основных факторов стабилизации Двух сравнительно часто встречающихся регулярных форм пептидной цепи - а-спирали и P-структуры. Поэтому желательно, чтобы пространственная структура выбранного для расчета белка содержала наряду с неупорядоченными участками также вторичные, регулярные структуры обоих видов. Понимание структурной организации белковых молекул не является конечной целью, а необходимо для последующего изучения их биологического действия, т.е. решения проблемы структурно-функциональной организации белков. Поэтому важно, чтобы белок, выбранный в качестве простейшего для изучения его структурной организации, оказался бы и удачным модельным объектом для установления принципов взаимосвязи между структурой и функцией. Он должен обладать простой и хорошо изученной экспериментально функцией.
Всем отмеченным требованиям удовлетворяет белковая молекула бычьего панкреатического трипсинового ингибитора (БПТИ). Решающее значение в выборе этого белка как тест-объекта сыграло то обстоятельство, что молекула БПТИ экспериментально и теоретически изучена Почти во всех отношениях более глубоко и всесторонне, чем другие белки.
Не будет преувеличением сказать, что уровень исследования БПТИ во многом отражает сегодняшние экспериментальные и теоретические возможности естествознания в изучении белковых молекул. В частности, особенно важным оказалось то, что изучение механизма свертывания и развертывания полипептидной цепи БПТИ, предпринятое Т.Крейтоном [7], безусловно, опережает все аналогичные работы по денатурации других белков. Аминокислотная последовательность БПТИ из 58 аминокислотных остатков была установлена Б. Касселем и М. Ласковским [8]. Трехмерная структура БПТИ с разрешением 1,9 А получена Р. Хубером и соавт. [9] и уточнена до 1,5 А Дж. Дайзенхофером и У. Стейгеманном [10]. Белок включает шесть остатков Cys, которые образуют три дисуль-фидные связи Cys5-Cys35, Cys14-Cys38 и Cys30-Cys51. Конформационный анализ БПТИ [11], результаты которого рассматриваются в этой главе, проводился для линейной последовательности белка, так как априорный расчет должен автоматически привести к сближенности соответствующие остатки Cys в наиболее предпочтительной конформации.
16.1. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА
Расчету трехмерной структуры БПТИ (рис. IV.5) предшествовал детальный анализ конформационных возможностей большого числа фрагментов, среди которых простейшими были дипептиды. В основу рассмотрения пространственного строения дипептидов положены низкоэнергетические конформации монопептидов (см. табл. 11.17), полученные ранее из расчета соответствующих молекул метиламидов N-ацетил-а-амино-кислот. Таким образом, выбор исходных конформационных состояний аминокислотных остатков не был связан с их геометрией в известной структуре БПТИ. Использованные в расчете наборы низкоэнергетических вариантов структур монопептидов являются универсальными при рассмотрении любых последовательностей. Количество конформационных состояний, учитываемых в начале расчета для каждого аминокислотного остатка, превышало число его конформаций, обнаруженных в белках известного строения.
