Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
строения нативного белка с восстановленной связью Cys14-Cys38 (NSH) (см. рис. IV. 17). Т. Крейтон показал, что среди всех ди-ББ-метастабильных производных это промежуточное состояние является наиболее стабильным. Свой обратный переход оно совершает очень медленно с периодом полураспада около 10 ч. В то же время образование третьей дисульфидной связи и обращение в нативное состояние требует всего 12 мкс.
Итак, завершено рассмотрение опытных данных Крейтона о механизме сборки трипсинового ингибитора. Оно основывалось на неравновесной термодинамической модели, физической теории структурной самоорганизации и конкретных результатах априорного расчета конформационных возможностей полипептидной цепи и геометрии нативной трехмерной структуры белка. Общим итогом анализа является адекватное естественному процессу ренатурации представление всего пути свертывания белка -от состояния статистического клубка до строго детерминированной нативной конформации макромолекулы. К принципиальным результатам рассмотрения следует, по-видимому, отнести выявление причин и количественное теоретическое обоснование возможности спонтанной, быстрой и безошибочной сборки флуктуирующей беспорядочным образом белковой цепи.
Глава 17
СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ К ПРОБЛЕМЕ СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ БЕЛКА
В предыдущих главах обсуждены результаты первых и пока единственных априорных расчетов трехмерных структур двух низкомолекулярных белков - нейротоксина II и панкреатического трипсинового ингибитора. Они демонстрируют возможность количественного подхода к описанию на атомном уровне нативной конформации и механизма структурной самоорганизации белковой молекулы, руководствуясь только знанием аминокислотной последовательности. Совпадение найденных теоретически и полученных экспериментально значений двугранных углов ф, \|/, со и % с
ичностью рентгеноструктурного анализа белков достаточно высокого Ьэрешения (-2,0 А) показало справедливость бифуркационной теории Ьертывания и физической теории структурной организации белковых ¦рлекул. Были также выявлены большие потенциальные возможности
^зработанного на основе этих теорий специального метода конформа-онного анализа природных полипептидов. В настоящей главе рассмотрены существующие альтернативные теоретические подходы к достижению тех же целей - предсказанию трехмерной структуры белка и меха-цррма автоматического воспроизведения сборки белковой цепи. Изложение groft темы было начато во втором томе монографии "Проблема белка"; частично она затрагивается в главах 2 и 7 данного тома. Здесь обсуж-рются теоретические аспекты структурной организации белка, тенденции развития и перспективы.
В течение последних трех десятилетий проведено не менее двух тысяч теоретических исследований пространственного строения белков и предложено около сотни различных методов конформационного анализа, причем |олее половины в конце 1980-х и первой половине 1990-х годов [27, 28]. Фднако, несмотря на все возрастающую интенсивность поиска, ни одна из попыток не привела к желаемой цели. Камнем преткновения во всех случаях являлась так и оставшаяся непреодоленной проблема множественности минимумов на потенциальной поверхности белка или, иными уловами, проблема выбора из практически беспредельного количества рав-(Овероятных конформационных состояний единственной пространственной ^руктуры, обладающей самой низкой энергией. О трудности решения ¦той проблемы говорит хотя бы тот факт, что при современной вычислительной технике расчет всех мыслимых структурных вариантов за Приемлемое время может быть осуществлен лишь для пептида, состоящего не более чем из 4-6 аминокислотных остатков (из 3-5 остатков -
?8адцать лет назад). Выход из тупиковой ситуации пытаются найти в етодологическом, математическом и алгоритмическом совершенствовании конформационных моделей, направленном на уменьшение набора Щсходных для минимизации приближений и сокращение времени счета, вставляя при этом неизменными теоретические основы поиска По методо-рогическому признаку выполненные исследования структуры белков |!ожно разделить до некоторой степени условно на три группы. К первой ipynne следует отнести работы, использующие упрощенные модели бел-1ювой цепи. Вторую группу составляют исследования, в которых привлекаются эмпирические корреляции. В работах третьей группы поиск решения проблемы ведется с использованием прямой или косвенной информации о геометрии нативной конформации изучаемого белка или его Гомологов.
Объединяет авторов исследований трех групп непоколебимая вера в существование проблемы множественности (см. разд. 7.3), убежденность в Том, что она адекватно передает реальный процесс свертывания белковой Цепи и не может не возникнуть при изучении беспорядочно-поискового Механизма сборки. Отсюда стремление решить эту проблему или, в крайнем случае, обойти ее. Однако есть все основания полагать, что проблема Множественности в том виде, в каком она обычно формулируется, вообще
не существует. Она не отражает действительную ситуацию, поскольку для перехода флуктуирующей белковой цепи в нативную конформацию не требуется перебор всех конформационных состояний, отвечающих в принципе возможным локальным минимумам энергии. Если бы такой перебор был необходим, то не могла бы сложиться трехмерная структура ни у одной аминокислотной последовательности. Поэтому все попытки как-то упростить задачу поиска глобальной конформации белка, не отказываясь при этом от самой проблемы множественности, т.е. не признав ее псевдопроблемой, представляются обреченными на неудачу. Кроме того невозможно исследовать природу сугубо нелинейного неравновесного процесса спонтанного возникновения порядка из хаоса и пытаться количественно описать его статистико-детерминистический механизм, выбрав в качестве теоретической основы равновесную термодинамику и формальную кинетику. Таким образом, на сегодняшний день существуют два альтернативных по своему отношению к проблеме множественности направления в развитии теоретического конформационного анализа пептидов и белков. Авторы рассматриваемых ниже исследований исходят из наличия такой проблемы, автор настоящей книги - из ее отсутствия.
