Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
Во второй группе работ, также посвященных изучению структурной организации молекул белка, выход пытаются найти в конструировании моделей, которые могли бы примирить расчетные возможности теоретического подхода с необходимостью получения физически обоснованных результатов или, иными словами, позволили бы количественно описывать глобальную по энергии нативную конформацию и механизм ее сборки, опираясь только на знание аминокислотной последовательности. Обойти проблему множественности минимумов здесь пытаются путем сверх-упрощенного моделирования белка, создания плоских и пространственных решетчатых моделей (см. разд. 17.1) и использования эмпирических корреляций (см. разд. 17.2). Помимо иллюзорности самой проблемы, на этом пути допускаются еще две ошибки принципиального порядка Одна из них вызвана привлечением чрезвычайно простых моделей и сосюит в пренебрежении к эволюционно отобранной химической структуре белка
(Лежду тем. белковая цепь среди всех существующих природных и Искусственных полимеров уникальна в отношении своей длины, состава и (юрядка расположения аминокислот, ибо только она склонна к само-ерганизации и образованию плотно упакованной стабильной пространственной формы [109]. Вторая принципиальная ошибка заключается $ неадекватной оценке проблемной ситуации. Конкретно, это проявляется р использовании при изучении статистико-детерминистического процесса рпонтанного свертывания белковой цепи, являющегося естественным рбъектом нелинейной неравновесной термодинамики, классической равно-|есной термодинамики, которая в принципе не может описать самопроизвольное возникновение порядка из хаоса как результат случайно-роискового механизма (см. разд. 2.1 и [107, 108]). Отмеченные противоречия отсутствуют в разработанных автором книги бифуркационной ^еории свертывания природной аминокислотной последовательности (см. Ьазд. 2.1), физической теории структурной организации белка (см. вазд. 2.2) и методе конформационного анализа пептидов и белков (см. разд. 7.1 и 7.2). Возможность априорного расчета нативной конформации 0елка и надежность получаемых результатов продемонстрирована в исследовании пространственного строения сложных олигопептидов (см. •л. 10-13), низкомолекулярных белков нейротоксина II (см. гл. 15) и ванкреэтического трипсинового ингибитора (см. гл. 16).
В последнее десятилетие сложилась еще одна, достаточно само-¦оятельная группа расчетных конформационных исследований, отливающихся от работ, рассмотренных в двух предшествующих разделах ой главы, постановкой задачи и методологией. В них не ставится даже перспективе цель решить теоретическим или эмпирическим путем |роблему структурной самоорганизации белка; фактически имеет место каз от установления логической и количественной зависимости между имическим и пространственным строением белковой цепи. Главной обенностью таких исследований является прямое включение в рас-1етные схемы экспериментальной информации, прежде всего данных нтгеноструктурного анализа белков и реже ядерного магнитного резо-:анса. При этом, естественно, снижается научный потенциал и познава-льная ценность результатов расчета, однако возрастает их практиче-ая значимость. В работах с использованием сверхупрощенных и решет-атых моделей, а также предсказательных эмпирических корреляций по ществу отсутствовало и то, и другое.
В экспериментальной расчетной модели белка, у которого известна Олько аминокислотная последовательность, начальным структурным йриантом может служить ранее установленная нативная конформация Го гомолога. Это основополагающее допущение данного подхода и оно ем более вероятно, особенно в отношении активных центров, чем ближе гомологичных белков субстратные специфичности и биологические Войства. Количественных объективных критериев здесь, однако, нет, и Мбор белка известной структуры в качестве геометрического шаблона ЙХледуемого объекта практически всегда произволен. Например, для Расчета конформации а-лактальбумина стартовой послужила структура йзоцима [234], конформаций трех ингибиторов яда змей - структура
бычьего панкреатического трипсинового ингибитора [235], а ангиогенина -структура рибонуклеазы А [236].
В том случае, когда при совпадении физиологических свойств белков их последовательность отличается небольшим числом аминокислотных остатков, вставок или делеций, гарантия сохранения одинаковых трехмерных структур весьма велика. Выполненный в 1982 г. А.А. Завальным и автором данной монографии априорный расчет конформационных возможностей фрагмента Leu’-Cys23 пяти гомологов нейротоксина II имеющих на этом участке от одной до пяти аминокислотных замен, привел к заключению, что различия в последовательностях практически не сказываются на форме пептидного скелета и геометрии дисульфидного мостика Cys3-Cys23 [1]. Все остатки гомологов легко встраиваются в рассчитанную для нейротоксина трехмерную структуру, не вызывая ее дестабилизации. Принимаемые иногда новыми остатками иные положения боковых цепей также отвечают низкоэнергетическим областям ^ заменяемых остатков белка, которые у гомологов оказываются более предпочтительными. Таким образом, в эволюционно отобранных последовательностях нейротоксинов II одна и та же геометрия пептидного остова предоставляет возможность мутированным аминокислотным остаткам реализовать различные конформационные состояния боковых цепей. У всех гомологов рассчитанные трехмерные структуры фрагмента 1-23 являются глобальными, т.е. при изменении последовательности остаются энергетически самыми выгодными.
