Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
В работе Д. Габела и соавт. [37], близкой только что рассмотренной
?боте, исходные нулевые приближения взяты уже не из эксперимента, а ределены на основе эмпирических корреляций - так называемых тетра-нонапептидных предсказательных алгоритмов, точность которых
незначительна [38, 39]. В данном случае эти алгоритмы, однако, были привлечены не к одной последовательности, а к серии родственных последовательностей - 14 гомологам нейротоксина II, трехмерные струк_ туры которых предполагались идентичными. Из 57 рассмотренных в белке остатков шесть были отнесены к а-спиралям, четыре - к (i-структурам и
16 - к (3-изгибам. Помимо того, что такое отнесение далеко от реапьной структуры, следует отметить еще два существенных, более того, решающих для метода Габела и соавт. обстоятельства, на которых авторы не акцентируют внимание. Во-первых, сделанные предсказания 26 остатков нейротоксина II почти все ошибочны и ни на одном из последующих этапов (всего метод включает десять этапов) не обнаруживаются и следовательно, входят в конечную структуру. Во-вторых, неоправданным является приписывание основной цепи идентифицированных остатков усредненных значений углов ф, у, полученных из частот их появлений в низкоэнергетических областях карты Рамачандрана. Углы ф, \|/ в а-спиральной и особенно (3-структурной областях имеют разброс в пределах многих десятков, а часто более сотни градусов. Их конкретные значения определяются не столько природой остатка, сколько уникальной у каждого белка последовательностью аминокислот, т.е. взаимодействиями данного остатка с соседними по цепи и сближенными в глобуле остатками Приписывание остаткам средних значений двугранных углов в макромолекуле лишено практического смысла, поскольку последующая минимизация энергии не обеспечивает спуск к глобальному минимуму, а лишь приводит к варьированию вблизи локального минимума. Отмеченные два обстоятельства предрешают конечный результат и делают излишним рассмотрение других этапов, на которых также допускается ряд неконтролируемых предположений. Неудивительно поэтому, что ни один из пяти предложенных вариантов конформаций нейротоксина II не отвечает опытным данным даже самого общего характера.
В конце 1970-х и в 1980-е годы исследования подобного плана [40-46] не претерпели существенных изменений и не внесли новых идей в решение проблемы свертывания и структурной организации нативного белка. Для иллюстрации рассмотрим кратко результаты анализа процесса сборки белковой цепи бычьего панкреатического трипсинового ингибитора, полученные С.Миязавой и Р. Джерниганом [46]. Авторы представили белковую последовательность в виде цепочки жестких сфер, совмещенных с атомами С“ и СР аминокислотных остатков. Конформационными параметрами считались двугранные углы ф, у, которым разрешалось принимать дискретные значения через каждые 10°. Межостаточные взаимодействия учитывались исключительно между теми парами остатков, которые в кристаллической структуре трипсинового ингибитора образуют близкие контакты. При оценке взаимодействия между двумя остатками энергия принималась равной -2,2 ккал/моль, если расстояние между соответствующими атомами СР в нативной конформации белка находилось в интервале 2,4-6,5 А; когда расстояние было < 2,4 А, энергия считалась бесконечно большой, а > 6,5 А - равной нулю. Следовательно, притяжение друг к другу могли испытывать только те остатки (жесткие сферы) атомы СР которых сближены в реальной трехмерной структуре. Для
^порядочной генерации различных конформаций, располагающихся ркду нативным и денатурированным состояниями, была использована юцедура Монте Карло. Процесс моделирования цепи оценивался по еднестатистическим величинам, отражающим степень упаковки иосительно шкалы конформационной энергии. Всего было получено jOOOO промежуточных состояний (из З58 в принципе возможных), не (держащих перекрывания сфер. Авторы [46] проследили путь перехода сдельной цепи от полностью развернутого состояния к состоянию, ернутому подобно нативной структуре белка, и пришли к выводу, что >оцесс начинается с образования нативно подобных контактов СР...СР в власти P-изгиба (остатки 25-28) и а-спирали (48-56). Появление Р-изгиба даводит к сближенности атомов СР двух Р-тяжей и созданию Р-структуры 4-38). Структурирование завершается образованием контактов между - и С-концевыми атомами СР. Путь свертывания представляет собой ^прерывную последовательность конформационных переходов в сторону цтивной структуры. Такой результат был ожидаем, более того, он, Невидно, неизбежен, поскольку авторы исключили все неспецифические вжостаточные взаимодейстия и оставили только те, которые осуществляются в экспериментально наблюдаемой конформации. Использо-Ьнный Миязавой и Джерниганом подход в принципе не может претендовать на воспроизведение действительного механизма сборки белка, рис как заведомо исключена возможность появления промежуточных кон-Ьормационных состояний с признаками, отсутствующими в нативной рруктуре.
Заметным образом не изменилась ситуация в рассматриваемой области ¦•в 1990-х годах, хотя количество работ, использующих сверхупрощенные ¦рдели белковой цепи, даже возросло. Совсем недавно метод, похожий на ¦етод, впервые предложенный Танакой и Шерагой более 20 лет назад Р3-36], был описан Дж. Ганном и соавт. [47] и использован для исследова-¦Ия механизма свертывания миоглобина. Большое сходство с работами Конца 1970 - начала 1980-х годов как в познавательном отношении, так и физическом содержании и точности результатов имеют и другие исследования последних лет [48-56]. В них также используются простейшие ¦одели. Однако недостаток этих работ, как и предшествующих, заключается отнюдь не в самом стремлении упростить решаемую задачу, а в ром, что упрощение достигается за счет лишения исследуемого белка всех шецифических черт реального объекта. Рассчитываемые модели полипеп-рндов в отношении своей геометрии и силового поля могут быть в равной Kfepe отнесены практически ко всем линейным синтетическим полимерам, |ричем в данном случае они будут выглядеть более упрощенными.
