Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
Второй шаг неравновесного процесса свертывания белковой цепи девается, как и первый шаг, путем беспорядочных флуктуаций, но на более увком базисе случайных изменений. Он приводит к появлению трех мета-егабильных ди-ЗБ-продуктов, которые содержат дисульфидную связь Cys30-Cys51 нативной конформации БПТИ (см. рис. IV. 17). Вторые же связи S-S ("неправильные" Cys5-Cys14, Cys5-Cys38 и "правильная" Cys14-Cys38) у всех производных оказались неустойчивыми. Обнаруженной Крейтоном факт спонтанного образования сразу трех метастабильных ЯИ-БЭ-продуктов, ни один из которых не отвечает кратчайшему пути свертывания белковой цепи и впоследствии не избегает частичного деструктурирования, парадоксален с точки зрения равновесной термодинамики
¦ теории Брандтса [17]. В то же время этот факт легко находит свое Объяснение в рамках неравновесной, бифуркационной модели с привлече-вием результатов априорного расчета трехмерной структуры белковой молекулы. Одновременное образование трех дисульфидных производных обусловлено действием двух факторов. Во-первых, случайностью возникновения необратимых флуктуаций, которые именно в силу этого обстоятельства не могут появляться одновременно сразу у всех ренатури-рующихся молекул белка. Во-вторых, неслучайным, определяемым данной •минокислотной последовательностью характером необратимых флук-*уаций, комбинации которых приводят к созданию специфических мета-Сгабильных, не в полной мере энергетически эквивалентных конформа-Чионных состояний. Конкретная ситуация, возникающая в момент сборки велка, отражает соотношение уровней развития статистической и детерминистической тенденций в механизме ренатурации. Результирующий Эффект этапа свертывания белковой цепи зависит от того, в какой мере •казываются согласованными между собой случайно возникшие конформа-Чионные отклонения и сложившаяся к этому моменту пространственная структура белковой цепи. Так, у БПТИ реализующиеся системы дисульфидных связей в ди-БЗ-продуктах отражают три различных состояния
сборки антипараллельной a-структуры и строго соответствующие им три различных вида неравновесных флуктуаций.
Расчет показал, что конформационно лабильные по средним взаимодействиям участки Pro9-Cys]4 и Cys38-Ala48 обретают свои окончательные пространственные формы только по завершении сборки (3-структурЬ1 Cys14-Cys38, которая служит для их укладки матрицей, обеспечивающей образование многочисленных стабилизирующих контактов между удаленными по цепи остатками. Наличие у одного из ди-БЭ-продуктов дисульфидной связи Cys5-Cys14 отвечает самой ранней стадии формирования (3-структуры, когда фрагмент Arg’-Cys14 еще лишен дальних взаимодействий с последующими остатками и является практически свободным. Как показал расчет (см. табл. IV.5 и рис. IV.9), наиболее низкой энергией в этом случае обладает конформация фрагмента со сближенными боковыми цепями Cys5 и Cys14, отличающаяся от нативного состояния только значением угла остатка Pro10. Возникающее в период зарождения (3-структуры случайное отклонение, сближающее 5-й и 14-й остатки Cys, оказывается самой предпочтительной по энергии, или, иными словами, неравновесной бифуркационной флуктуацией. Это отклонение станет невозможным или потеряет свою актуальность, будет высокоэнергетичным и обратимым, если оно появится позднее, в середине или в конце процесса формообразования (3-структуры. Статус бифуркационной флуктуации приобретет другое конформационное отклонение, сближающее остатки Cys5 и Cys38. Как следует из расчета [11], образование дисульфидной связи Cys5-Cys38 в ситуации, близкой к стадии полного завершения (3-структуры, также реально и энергетически выгодно. Сближенность остатков Cys5 и Cys38 достигается в конформации фрагмента Arg’-Cys38, отличающейся от его состояния в нативной структуре белка значением лишь одного двугранного угла ср остатка Gly36.
Сборку (3-структуры венчает образование дисульфидной связи Cys14-Cys38, которая вместе со связью Cys30-Cys51 обнаруживается в третьем ди-БЗ-продукте. Но что удивительно, оба S-S-мостика, являясь правильными, не делают данное метастабильное состояние прямым промежуточным продуктом на пути к нативной трехмерной структуре белка. Т. Крейтон показал, что еще на стадии образования MOHO-SS-продуктов свободная сульфгидрильная группа остатка Cys55 предпочитает реагировать не с группой SH остатка Cys5, а с линейным дисульфидным реагентом RSSR, образуя производное с S-S-мостиком Cys5-SR. В результате накапливаются продукты (Cys30-Cys51, Cys55-SR) и (Cys14-Cys38, Cys30-Cys51, Cys55-SR), которые исключают участие остатка Cys55 в образовании как второй, так и третьей белковой связи S-S, завершающей создание системы дисульфидных мостиков БПТИ. Промежуточный продукт (Cys14-Cys38, Cys30-Cys51), казалось бы, ближе всего подошедший к нативной конформации БПТИ, удаляется от нее и переходит в два других ди-SS-продукта, содержащих по одной неправильной дисульфидной связи (см-рис. IV. 17). Однако метастабильные состояния (Cys5-Cys14, Cys3H-Cys51) и (Cys5-Cys38, Cys30-Cys51) также неустойчивы и быстро восстанавливаются до MOHo-SS-продукта (Cys30-Cys51), т.е. продукта, который уже существовал в начале свертывания. Совершен холостой оборот и процесс
