Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
В отношении энергии средних взаимодействий все участки белковой цепи можно четко разделить на две группы. В первую входят конформационно жесткие фрагменты, пространственное строение которых практически полностью определяется взаимодействиями входящих в них остатков. Вторая группа включает конформационно лабильные фрагменты цепи. Свою окончательную пространственную форму они обретают (иногда не до конца) после реализации не только средних межостаточных взаимодействий, но и дальних. Расчеты большого числа сложных природных олигопептидов (см. гл. 8-14), фрагмента Leu’-Cys23 нейротоксина II и БПТИ (см. гл. 15, 16) обнаружили в организации их пространственных структур следующие характерные черты, по-видимому, общие для эволюционных аминокислотных последовательностей.
1. Конформационные возможности всех фрагментов белковой цепи определяются исключительно природой и порядком расположения аминокислотных остатков.
2. Конформационно жесткие и лабильные по средним взаимодействиям
фрагменты альтернируют вдоль полипептидной цепи белка и в начальной стадии свертывания практически независимы друг от друга.
3. Первичные конформационно жесткие и лабильные фрагменты невелики и включают -10 аминокислотных остатков.
Эти особенности природных полипептидов, как будет подтверждено совместным рассмотрением опытных данных Крейтона и результатов расчета конформационных возможностей БПТИ, оказываются достаточными для сокращения области поиска и направления случайно возникающих флуктуаций по кратчайшему пути. Сборка белка при соблюдении отмеченных условий начинается одновременно и практически независимо на конформационно жестких по средним взаимодействиям фрагментах, разделенных лабильными участками последовательности. Случайный и беспорядочный перебор всех возможных флуктуаций практически автономных жестких фрагментов обязательно приведет к возникновению у каждого из них бифуркационной комбинации необратимых конформационных изменений, отвечающих уникальному сочетанию флуктуаций входящих в фрагмент остатков. Время, необходимое для структурной самоорганизации пептидного участка из п остатков по беспорядочно-поисковому механизму t - 10"-14 с. Следовательно, продолжительность сборки конформационно жесткого фрагмента с п < 12 не превышает 10~2 с, т.е. вполне реально. Альтернирующие вдоль белковой цепи конформационно лабильные участки приблизительно той же длины за это время также претерпевают серьезные изменения. Реализация у них средних взаимодействий приводит к ограничению конформационной свободы. Из огромного массива случайных состояний путем все того же беспорядочного перебора обратимых и необратимых флуктуаций за время t= Ш'1'14 с возникает ограниченный набор устойчивых и при отсутствии дальних взаимодействий изоэнергетических состояний.
Вернемся теперь к ренатурации молекулы БПТИ. Обнаруженная Крейтоном [7] в самом начале этого процесса статистическая смесь moho-SS-продуктов может быть смело отнесена к добифуркационному этапу сборки, когда еще не сложились автономные конформационно жесткие структуры и состояние белковой цепи почти полностью определялось обратимыми флуктуациями. Через короткое время селекция беспорядочных конформационных отклонений привела к возникновению на участках Arg’-Pro9 (см. рис. IV.7), Phe22-Gln31 (см. табл. IV.7) и Ala48-Gly56 стабильных пространственных форм, а на промежуточных участках последовательности БПТИ к немногочисленным наборам структурных вариантов. После уменьшения конформационной свободы продукты с одной дисульфидной связью в денатурированной цепи уже не могут оставаться равновероятными. Существовавшая ранее статистическая смесь 15 моно-SS-продуктов автоматически дифференцируется по энергии. В результате, как показывает опыт, наиболее предпочтительными оказываются два продукта. Один из них содержит связь Cys30-Cys51, а другой-Cys5—Cys30, отсутствующую в нативной конформации белка (рис. IV. 17). Интересно то обстоятельство, что остатки Cys5, Cys30 и Cys51, образующие дисульфидные связи в самых предпочтительных моно-SS-npo-изводных, входят в конформационно жесткие фрагменты 1-9,22-31 и
,SH
SH
MS
Ns
30 V-SH
38 1h
'/
\
(30-51)
55K
(14-38, 30-51)
'30 '55 ( 330
Рис. IV .17. Схема механизма ренатурации и денатурации полипептидпой цепи молекулы БПТИ
<8-56. Это, по-видимому, не случайно, поскольку большую вероятность казаться сближенными имеют остатки Cys, обладающие меньшим числом цепеней свободы, т.е. принадлежащие жестким структурам.
IНа следующем этапе происходит образование ди-SS-продуктов. Здесь проявляется взаимообусловленность между конформационными состоявши значительно большего количества звеньев полипептидной цепи; gструктурированию начинают подключаться дальние взаимодействия. ItocT длины белковых участков, беспорядочная флуктуация которых в конечном счете приводит к созданию новых конформационных состояний, существенным образом, однако, не может сказаться на продолжительности случайного поиска бифуркационных флуктуаций этого этапа сбор-КВ. Одновременно с увеличением размеров свертывающихся пептидных участков резко сокращается число их конформационных степеней свободы. Из первоначального массива переменных денатурированной цепи БПТИ исключается подавляющее большинство параметров конформа-щионно жестких участков 1-9, 22-31 и 48-56, а также заметно ограни-Яяваются области допустимых изменений параметров промежуточных лабильных участков.
