Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
Во многих исследованиях такого плана к анализу упрощенных моделей привлекаются разные эмпирические соотношения, кристаллографические данные, результаты статистического анализа и гомологи. В первом комплексном подходе к описанию свертывания белка С. Танаки и Г Шераги [33-36] рассмотрение модели полипептидной цепи сочетается с данными статистического анализа белков известной структуры. Авторы предполагают, что процесс образования конформации проходит через три последовательных этапа. На первом этапе (А) полностью развернутая белковая цепь складывается за счет внутриостаточных и ближних межостаточных взаимодействий в упорядоченные вторичные струкутры. Затем (этап В) под влиянием средних взаимодействий между а-спиральными и (3-струк-турными сегментами зарождаются небольшие контактные области При этом образованные на первом этапе регулярные формы могут претерпевать изменения. На третьем этапе (С) происходит ассоциация контактных областей этапа. В за счет дальних взаимодействий и образование нативной конформации белка.
Начальная форма полипептидной цепи с участками вторичной структуры получена Танакой и Шерагой с помощью эмпирических правил и механико-статистической обработки однонитчатой модели Изинга. Аминокислотные остатки представлены в виде сфер основной цепи (-HN-CaH-СО-) и сфер боковых цепей определенных ван-дер-ваальсовых радиусов Из анализа 25 белков известной структуры найдены частоты контактов между всеми парами остатков {к и I) и для каждого типа пар определены константы равновесия Ки и свободная энергия Гиббса АСц образования контакта между остатками к и / Процедура поиска конформации белка состоит в следующем. На стадии А цепь представляется порядком символов h, Р и с, характеризующих области правой а-спирали, p-структуры и клубка. Остатки, идентифицированные с помощью предсказательного алгоритма, помечаются только одним символом (h или (3), а неотнесенные остатки - тремя (h, Р, с) Для свертывания цепи используется процедура Монте Карло при последовательном введении средних (этап В) и дальних (этап С) взаимодействий и произвольном варьировании значений углов ф. \\/ в выбранных областях h и Р у отнесенных остатков и символов h, р, с, а при каждом символе - значений углов ф, vy у неотнесенных на этапе А остатков По ходу счета через определенные промежутки времени отбирались конформации, в которых отсутствует перекрывание жестких сфер
уценивалась энергия всех взаимодействий. Конформация оставлялась следующего счета, если ее энергия оказывалась меньше энергии •дшествующей конформации. Так продолжалось до тех пор, пока энер-данного варианта не понижалась при последующих 10000 итерациях. Метод Танаки и Шераги был использован для предсказания структуры [чьего панкреатического трипсинового ингибитора. Первоначальная »ггификация конформационных состояний всех остатков с помощью «волов h, (3, с и, следовательно, определение ограниченной области воз-акных значений ф, у выполнены не на основе предсказательных алгорит-в, а рентгеноструктурных данных. Конформации белка на разных стаях процедуры Монте Карло представлялись в виде контактных тре-}лышков, отражающих по расстояниям между атомами Са взаимодейст-Я между всеми парами остатков. Сопоставление контактных треуголь-ков (карт Кунтца) опытной структуры и конечной теоретической кон-рмации белка обнаруживает существенные расхождения; отсутствует j контактов, присущих реальной молекуле, и в то же время имеется ого лишних контактов. Неудовлетворительное совпадение обнаружился при грубом, почти качественном способе сравнения, даже когда новная часть информации о структуре небольшого белка, а именно, ентификация конформационных состояний всех остатков, была взята из сперимента и использована в расчете первого этапа. Помимо расчетной дели, совершенно не отражающей конформационную специфику белко-й цепи, метод Танаки и Шераги ограничен также возможностями пред-азательных алгоритмов. Особенно настораживает то обстоятельство, при анализе белка с неизвестной структурой выбранные на этапе А формационные состояния остатков далее не изменяются. Поэтому ;ущенные при отнесении с помощью эмпирических корреляций ошибки они неизбежны и велики) в последующем расчете (этапы В и С) не наруживаются.
При использовании процедуры Монте Карло отсутствуют объективные «терии отбора конформаций. Внушительное, на первый взгляд, •личество в 10000 структурных вариантов составляет лишь незначи-ьную часть возможного конформационного набора. Наконец, как и в тодах Левитта и Уоршела [29-31], Кунтца и соавт. [32], аппроксимация ковой цепи бусиничной моделью, более простой, чем даже полиэти-иовая цепь, продиктована отнюдь не физическими соображениями, а [Обствами расчета. Замена боковых цепей сферами лишает их каких-'О конформационных особенностей. В самом деле, трудно представить, сферы могут передать стереохимию, например, вытянутых лабильных ковых цепей Arg и Lys с их гидрофобными и полярными участками, еющими четыре степени свободы CXi—Х4), или плоских боковых цепей Туг и Phe. Кроме того, неудовлетворителен учет межостаточных ^аимодействий, потенциалы которых выбраны на основе незначительного рспериментального материала.
