Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
Г. Немец и Г. Шерага считают внутриостаточные взаимодействия ответствекыми за конформационное состояние остатка, т.е. за выбор низкоэнергтической области потенциальной поверхности cp-vy. При этом они ссылался на результаты расчета Котельчука и Шераги, ошибочность котсых была показана ранее [25, 107]. Таким образом, вопрос о функции взимодействий между валентно несвязанными атомами боковой и основно) цепей в процессе свертывания белка и стабилизации его нативной ^формации не был решен.
Роль блжних межостаточных взаимодействий, т.е. взаимодействий центрально остатка в нонапептиде, изучалась Шерагой и соавт. [131] при анали: лизоцима. Аминокислотная последовательность белка была разбита нг4 участков, по девять остатков в каждом. На одном участке при сохрамщи центрального остатка (п) выделялись три-, пента-, гепта- и нонапептщые фрагменты. Для каждого из них строились конформа-
щюнные карты ф„-у„, из которых определялись нулевые приближения для ^следующей минимизации энергии при варьировании только у п-го ;0статка двугранных углов ф, /. и %2- Геометрические параметры другое остатков фрагментов п± \ , п±2, «±3ия±4 жестко фиксировались и значениях, найденных в кристаллической структуре лизоцима. В ре-льтате были определены оптимальные конформационные состояния «трального остатка и значения энергии отвечающих им пространствен-,ix форм три-, пента-, гепта- и нонапептидного фрагментов в каждом из Т4 выделенных белковых участков. При сравнении расчетных данных с экспериментальными оказалось, что конформационные состояния всех Й-ых остатков в нативной структуре лизоцима соответствуют наиболее предпочтительным по энергии оптимальным формам соответствующих •свободных" олигопептидов. В 11 случаях из рассмотренных 14 наблю-|аемые в нативном белке состояния п-ых остатков полностью отвечали их ?Л овальным формам в соответствующих нонапептидах, где они занимали центральное положение. Был сделан вывод, что внутриостаточные |заимодействия определяют возможные для остатка конформационные достояния. Только из этих состояний взаимодействия данного остатка с четырьмя предшествующими и четырьмя последующими остатками (ближ-jjpie взаимодействия, по классификации Немети и Шераги [12]) выбирают
fHHCTBeHHyro конформацию, которая и реализуется в нативной структуре лка. Средние и дальние взаимодействия, по мнению авторов работы 31], не играют существенной роли. Их функция заключается лишь в Пополнительной стабилизации уже детерминированного состояния остатка, уделанные выводы, однако, нельзя признать корректными, так как фиксация в рассмотренных фрагментах всех остатков за исключением центрального в нативных конформационных состояниях есть хотя и не явный, но тем не менее эффективный учет средних и дальних взаимодействий. Так как в исследовании Шераги и соавт. [131] различные виды нева-рентных взаимодействий так и остались неразделенными и, по существу, анализировался их интегральный эффект, то эта работа, как и работы [,127, 128], также не решила поставленной задачи о функциях внутриоста-уочных и межостаточных взаимодействий в свертывании белковой цепи, j Рассмотрим теперь работу Бэржеса и Шераги, постановка которой, по-|Идимому, была обусловлена результатами только что обсужденного исследования, точнее, сделанным в нем заключением о второстепенном Значении средних и дальних взаимодействий по сравнению с внутриоста-точными и ближними [132]. При традиционном представлении пространственного строения глобулярных белков в виде набора вторичных структур неизбежно стремление упростить анализ межостаточных взаимодействий, или, что еще лучше, избежать его. Такое отношение вызвано Принципиальной невозможностью в рамках эмпирического подхода учесть роль этих взаимодействий в свертывании белковой цепи и оценить их рклад в стабилизацию нативной структуры (подробнее см. [25, 107, 108]). В связи с этим выводы работы [131] должны были быть с удовлетворением восприняты всеми исследователями, разрабатывающими предсказательные алгоритмы. Подкрепленное расчетной процедурой утверждение
о доминирующем значении внутриостаточных взаимодействий и под-
чиненной роли взаимодействий даже между соседними по цепи остатками казалось весомым и вселяло надежду на возможность обойти проблему множественности минимумов потенциальной поверхности путем использования предсказательных алгоритмов для получения приближенной структуры, минимизация которой приведет к нативной конформации белка. Главная цель следующей работы Бэржеса и Шераги [132] как раз и заключалась в выяснении перспектив эмпирического подхода для предсказания конечной структуры и поиска механизма свертывания белковой цепи. В качестве тест-объекта была выбрана молекула бычьего панкреатического трипсинового ингибитора.
Проанализировав существовавшие к тому времени алгоритмы предсказания (Е. Каба и Т. By [133-135], Б. Робсона и Р. Пейна [136, 137], П. Чоу и Г. Фасмана [138, 139], Г. Шераги и соавт. [39]), А. Бэржес и Г. Шерага констатировали, что ни один из них не может быть использован для достижения поставленной цели. Затем они переводят свою задачу в гипотетическую область и ведут поиск решения с идеальным алгоритмом предсказания. На основе известной кристаллической структуры БПТИ, а не эмпирических корреляций, авторы относят 58 аминокислотных остатков белка к 5 конформационным состояниям (ай, aL, е, ^), отвечающим экспериментальным данным и низкоэнергетическим областям потенциальной поверхности конформационной карты ф—\|/. Каждому состоянию они приписывают усредненные по известным кристаллическим структурам восьми белков соответствующие значения углов ср, \|/. Двугранные углы боковых цепей (%) были взяты с округлением до 5° из рентгеноструктурных данных для молекулы БПТИ. Вопреки ожиданиям оказалось, что построенная таким образом трехмерная структура даже отдаленно не напоминает конформацию белка. Ситуация не улучшилась и при минимизации энергии с учетом невалентных взаимодействий. Сравнение контурных карт расстояний между атомами С“ модельной и опытной конформаций показывает, что в собранной с помощью идеального алгоритма экспериментальной геометрии боковых цепей и проминимизированной трехмерной структуре отсутствуют все характерные особенности нативной конформации: удалены друг от друга цистеиновые остатки, образующие между собой дисульфидные связи, практически нет намека на вторичные структуры и не воспроизводится глобулярная форма молекулы трипсинового ингибитора. Для исправления положения были введены дополнительные ограничительные условия, облегчающие приближение модельной структуры к нативной конформации. Однако ни учет реализуемой в белке системы дисульфидных связей (5-55, 14-38, 30-51), ни введение сближения соответствующих остатков Cys, ни включение в расчет специальной функции, имитирующей стремление неполярных остатков оказаться внутри глобулы, а полярных выйти наружу, ничто не помогло получить пространственную форму белка, близкую к нативной. Конечно, можно было бы еще более ужесточить условия и добиться совпадения. Но это не имело бы значения, поскольку не повлияло бы на окончательный вывод о невозможности даже в случае 100%-ного правильного предсказания конформационных состояний остатков получить структуру, отдаленно напоминающую реальный белок.
