Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Биология -> Попов Е.М. -> "Проблема белка. Том 3: структурная организация белка" -> 235

Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.

Попов Е.М. Проблема белка. Том 3: структурная организация белка — М.: Наука, 1997. — 604 c.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка): problemabelkat31997.djvu
Предыдущая << 1 .. 229 230 231 232 233 234 < 235 > 236 237 238 239 240 241 .. 303 >> Следующая

1. Какие силы управляют процессом структурной самосборки белковой цепи?
2. Каким образом совершенно беспорядочные и случайные конформационные флуктуации белковой цепи спонтанно вырождаются в строго детерминированный процесс организации трехмерной структуры белка?
3. Почему столь мала продолжительность сборки нативной конформации белка, осуществляемой по беспорядочно-поисковому механизму, единственно возможному в случае самопроизвольно протекающего процесса и, казалось бы, неизбежно связанному с перебором огромного массива конформационных флуктуаций?
Эти вопросы представляют первостепенный интерес для решения проблемы структурной организации белков. Но не только. Они относятся к фундаментальным вопросам всего естествознания, так как являются наиболее общими и принципиальными в изучении неравновесных процессов спонтанного возникновения порядка из хаоса, прежде всего в биосистемах.
Согласно Крейтону [7], процесс ренатурации полностью восстановленной молекулы БПТИ, содержащей остатки цистеина в положениях 5, 14, 30, 38, 51 и 55, начинается с образования S-S-связи с линейным дисуль-фидным реагентом (гидроксилэтилдисульфидом или окисленным глута-тионом). В реакции принимают участие все шесть остатков Cys БПТИ, активность которых практически одинакова и близка активности простых модельных тиолов. Такой экспериментальный факт непосредственно под-
нмждает, что исходным состоянием белковой цепи является флуктуи-Крщий клубок. Об этом же свидетельствует и то обстоятельство, что в Ядом начале структурирования цепи образуются все в принципе воз-Кдаые 15 видов промежуточных продуктов с одной внутримолекулярной Сульфидной связью. Таким образом, состояние белковой цепи БПТИ, Кдующее за состоянием беспорядочно флуктуирующего клубка, вклю-Щрг практически полный статистический набор легко переходящих друг в Вига MOHO-SS-продуктов. Дальнейшее развитие событий, как выяснил Бейтон, ведет к дифференциации монодисульфидных производных белка Нестабильности. Через короткое время доминирующими в смеси оказы-Ьотся лишь два продукта с дисульфидными связями Cys30-Cys51 (-70%) и b$s-Cys30 (~20%). Это есть первое отклонение от строго статистического ¦Определения в направлении более упорядоченных структур, или, иными ровами, появление первых бифуркационных точек на термодинамической ртви процесса. Здесь автор [7] сделал важное наблюдение. Он показал, fpt> образование и содержание двух промежуточных метастабильных рстояний с отмеченными единичными S-S-мостиками не зависят от Семени ренатурации, природы и концентрации дисульфидного реагента, фгедовательно, причина избирательной предпочтительности продуктов с |6нодисульфидными связями Cys30-Cys51 и Cys5-Cys30 обусловлена (рутримолекулярным фактором. Каким же? Эксперимент прямо не отвечает и не может ответить на этот вопрос.
Объяснить возникновение бифуркационных флуктуаций на основе тео-равновесных процессов, т.е. полагая все флуктуации термодинамически обратимыми, нельзя. В предложенной мною бифуркационной теории гл. 2) структурирование на любом этапе сборки белка всегда
!5условлено неоднородностью беспорядочных конформационных отклоне-кй полипептидной цепи - наличием наряду с множеством обратимых луктуаций ограниченного числа необратимых, т.е. термодинамически Неравновесных флуктуаций. Возникновение тех и других одинаково случайно. Но сам факт существования единственного для каждого белка вабора необратимых конформационных флуктуаций не случаен; при Соблюдении соответствующих внешних условий их содержание и порядок реализации, несмотря на беспорядочность появления, определяется исключительно аминокислотной последовательностью. Явление свертывания велковой цепи обладает, таким образом, статистико-детерминистической Природой. Это принципиальное утверждение. Из него следует, что объективное представление о ренатурации может быть получено только при ^•становлении взаимосвязи между коллективными свойствами белковой макромолекулы и индивидуальными свойствами ее микроскопических составляющих. В силу необратимости этого явления теоретический и Методологический аппарат равновесной термодинамики не в состоянии Вскрыть физику структурной самоорганизации белка и дать адекватное описание процесса.
Бифуркационная термодинамическая модель, утверждая принципиальную необходимость привлечения необратимых флуктуаций к изучению спонтанной сборки белка, является связующим звеном между статистической и детерминистической физикой. Модель указывает, что даль-
нейший поиск должен быть направлен на выявление причин и условий неизбежного появления необратимых флуктуаций, их идентификацию и установление связи с конкретной аминокислотной последовательностью. Все это задачи физической конформационной теории белков и соответствующего расчетного метода.
Важнейшая особенность белковой цепи, определяющая существование необратимых флуктуаций и, следовательно, возможность спонтанного возникновения высокоорганизованной структуры из хаоса, заключена в специфической конформационной неоднородности природной аминокислотной последовательности. Можно утверждать, что суть рассматриваемого явления состоит в наличии четкой взаимообусловленности между химическим строением, конформационными свойствами и необратимыми флуктуациями. Гетерогенность аминокислотной последовательности ответственна за различие в конформационных возможностях ее отдельных участков, что, в свою очередь порождает термодинамическую неоднородность флуктуаций, дифференциацию их на обратимые равновесные и необратимые неравновесные. Сочетание последних и порядок их следования определяют содержание и направленность механизма быстрой и безошибочной самосборки белковой цепи. Отмеченная связь присуща только эволю-ционно отобранным аминокислотным последовательностям. В случае же гомогенных, регулярных или даже гетерогенных синтетических полипептидов со случайным порядком аминокислот тот же беспорядочный по своему характеру процесс не имеет развития и не выводит цепь из состояния статистического клубка. Сказанного, однако, недостаточно для объяснения высокой скорости сборки трехмерной структуры белка при его биосинтезе или ренатурации. Чтобы беспорядочно-поисковый механизм мог действительно привести к свертыванию цепи, селекция бифуркационных флуктуаций не должна представлять собой перебор возможных комбинаций всех случайных изменений целой полипептидной цепи, количество которых невероятно велико, и сборка структуры даже такого низкомолекулярного белка, как БПТИ, должна была бы продолжаться не менее Ю30 лет.
Предыдущая << 1 .. 229 230 231 232 233 234 < 235 > 236 237 238 239 240 241 .. 303 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed