Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Биология -> Попов Е.М. -> "Проблема белка. Том 3: структурная организация белка" -> 249

Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.

Попов Е.М. Проблема белка. Том 3: структурная организация белка — М.: Наука, 1997. — 604 c.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка): problemabelkat31997.djvu
Предыдущая << 1 .. 243 244 245 246 247 248 < 249 > 250 251 252 253 254 255 .. 303 >> Следующая

Условие независимости состояния макросистемы от особенностей ее микросоставляющих соблюдается для синтетических полимеров, в том числе гетерогенных поли-а-аминокислот со случайными порядками, но не соблюдается для природных аминокислотных последовательностей. В доказательном плане и достаточно подробно этот вопрос рассмотрен во введении книги и главе 2. Там показано, что причина исключительной роли белков в процессах жизнедеятельности заключается в особой, присущей только им молекулярной структурной самоорганизации. Среди компонентов биосистем молекулярного уровня и известных искусственных полимеров лишь белковые последовательности способны самопроизвольно свертываться в строго детерминированные трехмерные структуры, геометрия и конформационные возможности которых полностью определяются в физиологических (нативных) условиях составом и порядком аминокислотных остатков в цепи. В настоящее время неизвестен какой-либо другой класс полимерных соединений, наделенных такой же уникальной способностью. Это не значит, что такие полимеры не могут быть созданы в будущем, но у них, как и у белков, должна существовать неразрывная связь между макроскопическим поведением и химическим строением атомных групп мономерных звеньев. Отказ от атомных деталей и реального химического строения белковых молекул делает в прин-
1ципе невозможным выявление специфических особенностей механизма ввертывания и нативной трехмерной структуры белка.
Пренебрежение конкретной аминокислотной последовательностью и ее ^информационной спецификой ведет еще к одному принципиальному ограничению сверхупрощенных моделей. Становится неизбежным предположение о равновесности процесса свертывания белка, что делает возможным его трактовку на основе уже упоминавшейся теории двух ^стояний Брандтса [62]. Согласно этой теории, сборка белка принимается за фазовый переход первого рода и представляется путем постепенного монотонного увеличения популяции микросостояний нативной конформации при одновременном точно таком же уменьшении популяции микродостояний статистического клубка. В простейшем варианте механизма свертывания белковой цепи профиль популяции (W) выражается зависимостью свободной энергии от степени упорядоченности, имеющей (больцмановский вид: к ¦ lnW. В предшествующем томе этого издания [107, |ГЛ. 9, 10] и в главах 2, 16 настоящего тома показано, что свертывание 1белковой цепи не является фазовым переходом, подчиняющимся теории Брандтса и, следовательно, не может быть объектом исследования статистической физики и классической равновесной термодинамики. Самопроизвольный переход аминокислотной последовательности от состояния флуктуирующего клубка к детерминированной трехмерной структуре, т.е. спонтанное возникновение при беспорядочно-поисковом механизме порядка 5из хаоса, поддается непротиворечивой трактовке и количественному ^писанию (см. разд. 16.3) только на основе нелинейной неравновесной термодинамики - науки, изучающей статистико-детерминистические явления, суть которых во взаимообусловленности макроскопических и микроскопических свойств большого ансамбля. Появление особых необратимых флуктуаций, возникающих благодаря этой взаимообусловленности, -уникальное свойство белковых молекул, определяемое их химическим строением. Гетерогенность природной аминокислотной последовательности порождает термодинамическую неоднородность флуктуаций, дифференцируя их на обратимые и необратимые. Это ведет к специфической конформационной гетерогенности, а именно, чередованию вдоль цепи конформационно жестких и лабильных участков, которое, в конечном счете, обеспечивает свертывание белковой молекулы и делает этот процесс быстрым и безошибочным [108, 109].
,• Итак, можно заключить, что, по крайней мере, по двум причинам -неучету конкретной аминокислотной последовательности и представлению свертывания белка равновесным процессом, подход к решению проблемы структурной самоорганизации со сверхупрощенными и решетчатыми моделями белковой цепи бесплоден в принципе, что подтверждается результатами его использования в течение двух десятилетий. Он не содержит независимой системы проверяемых расчетом постулатов или эвристических соображений, не базируется на самостоятельной теории, а получаемые на его основе результаты лишены априорности, т.е. являются прямым следствием исходных представлений авторов об изучаемом явлении.
Моделирование свертывания полипептидной цепи на основе эмпирических корреляций между аминокислотной последовательностью и вторичной структурой - самый распространенный подход к исследованию механизма сборки белка. Впервые он был предложен в начале 1970-х годов Г. Шерагой и соавт. [38, 110, 111] и быстро получил развитие в работах О.Б. Птицына и соавт. [112-120], В.И. Лима и соавт. [121-125] и Р. Сринивавсана [126]. В работе Г. Немети и Г. Шераги [12] невалентные взаимодействия, определяющие трехмерную структуру белка, были разделены на внутриостаточные и межостаточные, а последние - на взаимодействия ближнего порядка, к которым отнесены взаимодействия данного оситка (и) с четырьмя предшествующими и четырьмя последующими в цепи остатками (п с п ± 4), взаимодействия среднего порядка (« с п ± 5-20) и (альнего порядка (п с п > ±20). Для теоретического анализа процесса свертывания белковой цепи и выбора физической модели встал вопрос о фикциях отмеченных видов невалентных взаимодействий в структурно!самоорганизации белковой молекулы. Вот как их оценивают Немети и llepara: "Методы, используемые для получения приближенной структуры (т.е. такой, которая соответствовала бы минимуму потенциальной Э1ергии нативного глобулярного белка), основываются на положении о тел, что конформация остатка в белке определяется главным образом (hi не исключительно) внутриостаточными взаимодействиями (Д. Котелыук, Г. Шерага [127, 128]; А.В. Финкельштейн, О.Б. Птицын [129]; Г. Ш^ага [130]) и принимает свое нативное состояние под влиянием ближних, ердних и дальних взаимодействий (Г. Шерага и сотр. [131])". И далее авто|ы поясняют: "...внутриостаточные взаимодействия играют доминирующую роль в определении конформационных состояний остатков белка. В т«же время ближние, средние и дальние взаимодействия определяют двствительные значения ф и \|/, которые каждый остаток принимает te выходя за пределы своего конформационного состояния, и посредства которых точно описывается окончательная трехмерная структура иернутой полипептидной цепи (А. Бэржес, Г. Шерага [132])" [12. С. 340]
Предыдущая << 1 .. 243 244 245 246 247 248 < 249 > 250 251 252 253 254 255 .. 303 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed