Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
Лр1ентных углах составила 1,4 А; отклонения на участках Arg'-Cys14, |gl«14-Cvs38 и Cys38-Gly56 равны соответственно 1,0; 1,2 и 1,4 А.
01 Таким образом, среднеквадратичные отклонения, касающиеся всей |рруктуры молекулы и ее отдельных фрагментов, мало различаются jfnifnv собой и невелики. Данное обстоятельство свидетельствует о том, цдо априорный расчет удовлетворительно и примерно с одинаковой 00яностью предсказывает конформационные состояния отдельных частей (К>лекулы и их взаимное расположение в нативной трехмерной структуре 0елка. На это указывает также хорошее совпадение габаритных размеров теоретической и экспериментальной конформаций молекулы БПТИ (см. ряс. IV.5). Приведем несколько примеров. Так, расчетное и наблюдаемое расстояния С“ )...С“15) равны 29,1 и 29,8; С“2)...С“56) - 10,2 и 9,5; С“8)...С“42) _ 11,4 и 10,0; С?55)...С?5) - 21,1 и 22,0, С?55)...С?30) - 23,3 и 22,3; С?14)...С?51)
* 22,3 и 22,1; С^14)...С?55) - 26>3 и 25,3; Са(28)...С?38) - 27,5 и
26,0 А. Правильность полученных в работе [11] результатов подтверждается также сравнением длин водородных связей, обнаруженных в кристаллической и расчетной структурах БПТИ. Данные об их геометрии Количественно характеризуют взаимное расположение соответствующих втомных групп, которые принадлежат далеко отстоящим в линейной последовательности остаткам. Среднеквадратичное отклонение длин водородных связей основной цепи равно 0,5 А. Лишь в двух случаях из 18 различие в расстояниях O...N достигает 1,0 А. Результаты проведенного со-Яоставления геометрии двух структур по двугранным углам вращения, расстояниям между атомами С“ и длинам водородных связей позволяют утверждать о хорошем совпадении всех элементов априорно рассчитанной конформации молекулы БПТИ и кристаллической трехмерной структуры белка.
Принципиальная цель расчета трехмерной структуры молекулы трипси-яового ингибитора, как и расчета структуры трикозапептидного фрагмента нейротоксина П, заключалась в следующем:
1) апробации бифуркационной и физической теорий структурной организации белков;
2) выяснении применимости механической модели молекулы к количественному описанию пространственного строения природных полипептидных Макромолекул;
3) разработке расчетного метода конформационного анализа белков;
4) проверке способности потенциальных функций, методов минимизации
¦ соответствующих алгоритмов и программ компьютерного счета коли-¦ественно воспроизводить реальные невалентные взаимодействия атомов f> лковой молекулы.
If Теоретическое рассмотрение структурной организации белков вынуж-ptHO было строиться таким образом, что о достижении всех отмеченных ||елей и решении проблемы можно было судить лишь на завершающей Стадии априорного расчета конформации белковой молекулы путем сравнения теоретических результатов с опытными данными. В процессе решения проблемы нельзя было получить однозначный ответ на каждый из Ьоставленных вопросов в отдельности; он всегда носил интегративный
характер и в окончательном виде получался в самом конце длительного почти не имеющего промежуточного контроля пути - от выяснения конформационных возможностей свободных монопептидов до расчета пространственной структуры всего белка. Поэтому, обнаружив, наконец удовлетворительное совпадение теоретических и опытных значений конформационных параметров нейтротоксина (см. табл. IV.2) и трипсинового ингибитора (см. табл. IV. 14), можно констатировать решение проблемы структурной организации глобулярных белков в принципе. Это самый главный, общий итог всего рассмотрения. Результаты теоретического конформационного анализа двух белков, прежде всего, свидетельствуют о справедливости положенной в основу расчета количественной структурной теории белка, правильном понимании принципов его пространственной организации и о возможности количественного предсказания нативной конформации молекулы исходя только из аминокислотной последовательности. Расчет подтвердил одно из основных положений теории о наличии в плотно упакованной трехмерной структуре белка согласованности между всеми ближними, средними и дальними взаимодействиями. Именно это свойство эволюционно отобранной аминокислотной последовательности ответственно за резкую энергетическую дифференциацию и выделение из множества возможных структурных вариантов стабильной и уникальной в каждом случае глобулярной конформации. В найденной структуре молекулы БПТИ геометрия всех 58 остатков отвечает наиболее предпочтительным конформациям соответствующих свободных монопептидов (CH3-CONH-CaRH-CONH-CH3) Ближние взаимодействия определяют конформационные возможности каждого аминокислотного остатка, т.е набор дозволенных для него конформационных состояний. Средние взаимодействия — взаимодействия остатка с четырьмя предшествующими и четырьмя последующими в цепи остатками - только из этих наборов выбирают конформации, сочетание которых оказывается наиболее выгодным. Суммарный стабилизирующий эффект средних взаимодействий в расчетной конформации молекулы БПТИ составил —180 ккал/моль (в среднем -3,1 ккал/моль на остаток). На некоторых участках последовательности белка выбор конформационного состояния остатков только за счет средних взаимодействий практически однозначен (особенно в отношении формы основной цепи). В этих случаях соответствующие фрагменты образуют конформационно стабильные нуклеации. В БПТИ к таким участкам можно отнести Arg'-Pro9, Phe22-Gln31 и Ala48-Gly56. В других местах последовательности средние взаимодействия сокращают число возможных конформационных состояний остатков и определяют для соответствующих фрагментов ограниченные наборы приблизительно равновероятных структурных вариантов.
