Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
В методе Н. Саммерса и М. Карплюса [319-321], представляющем собой дальнейшее развитие метода Б. Гелина и М. Карплюса [322], задача с ориентациями боковых цепей упрощается посредством представления последних жесткими волчками, т.е. атомными группами, не имеющими, кроме Хь ДРУГИХ конформационных переменных. Для застывших боковых цепей были построены так называемые RR-карты ("rigid-rotor-maps"), которые в дальнейшем использованы как их своеобразные энергетические фингерпринты. С помощью этого метода описаны структуры С-концевых доменов аспартатных протеиназ [321]. М. Левитт [230] и независимо Дж. Уендолоский и Ф. Салемма [259] разработали уже упоминавшуюся процедуру достройки структуры белка недостающими частями, которая позволяет определять положения боковых цепей и атомов N, С' и О основной цепи по заданным координатам атомов С“ и с привлечением банка данных трехмерных структур белков, полученных с высоким разрешением. Метод включает усреднение беспорядочно выбранных конформационных состояний боковых цепей и минимизацию энергии при жестком ограничении положений атомов Са. Среднестатистическая ошибка рассчитанных моделей 8 белков колебалась в пределах 0,91-1,73 А при учете всех атомов и в пределах 1,40-2,40 А при учете атомов боковых цепей [230]. Сходная компьютерная программа ранее была использована У. Кэбшем и К. Сандером [190] в рентгеноструктурном анализе комплекса актина с деэназой I.
Литература последних лет содержит еще ряд публикаций, касающихся методологических аспектов полной реставрации белковой структуры по заданной конфигурации основной цепи; имеются также работы с изложением результатов расчета конкретных объектов [323-342]. Однако ни в идейном, ни в практическом отношении они не внесли что-либо принципиально нового и поэтому могут рассматриваться как вариации на тему, подробно изложенную выше. Надежность всех методов конструирования конформационных моделей белков на основе известных трехмерных структур гомологов определяется объемом используемого
•расчете экспериментального материала и степенью идентичности ами-ржислотных последовательностей. В любом случае речь не идет |,100% гарантии. Радикальные изменения в структуру белка могут внести ^ке единичные замены аминокислот. Классическими примерами здесь |^ляются мутанты гемоглобина. Замещение в нем одного остатка |йутаминовой кислоты на остаток валина или лизина приводит к двум различным, но одинаково страшным заболеваниям крови. Свежими иллю-ррациями воздействия единичных замен могут служить мутанты Х-ре-(рессора [334].
Г л а в а 18 ГИПОТЕЗА О СТЕРЕОХИМИЧЕСКОМ ГЕНЕТИЧЕСКОМ КОДЕ
В предыдущих главах книги были рассмотрены возможности и перспективы развития двух альтернативных подходов (эмпирического и теоретического) к изучению свертывания белка и принципов его молекулярной ёгруктурной организации. В настоящей главе изложен еще один подход, отражающий принципиально иной взгляд на решение тех же проблем. Он исходит из предположения о наличии стереохимического генетического Мода, ответственного за сборку белковой цепи в биологически активную Трехмерную структуру.
Мысль о существовании второго генетического кода возникла вскоре за установлением Г. Кораной, М. Ниренбергом и Р. Холли в первой половине
оО-х годов полного словаря генетического кода, определившего правила трансляции линейных последовательностей информационных РНК в аминокислотные последовательности. Правила оказались простыми, и по-8тому показалось естественным предположение о возможности существования подобного кода, теперь уже стереохимического, который, будучи Непосредственно связанным с химическим кодом, управляет трансляцией Ходящих с полирибосом линейных аминокислотных последовательностей в биологически активные трехмерные структуры белков или их предшественников. Идея о втором генетическом коде родилась в конце 1960-х годов, в завершающий период становления молекулярной биологии, Когда в течение предшествующих двух десятилетий открытия величай-йей важности следовали одно за другим с редкостной частотой. Вот их Далеко не полный перечень: определение аминокислотных последовательностей первых белков, установление структуры и биологических функций ДНК и всех типов РНК, выяснение принципиальной схемы рибосомного синтеза белков, получение ДНК и РНК вне организма, открытие матричного механизма самовоспроизведения, расшифровка трехмерных структур белковых молекул и тРНК, обнаружение структурной самоорганизации молекулярных и надмолекулярных биосистем - конвариантной редупликации (ДНК), обратной транскрипции (синтез ДНК на РНК) и
самосборки (белки, рибосомы, тРНК, хромосомы, вирусы). Было показано что практически беспредельная изменчивость и великое разнообразие внешних форм живого имеют место при постоянстве химического состава и тождественности процессов обмена веществ и энергии, т.е при общности для всех биологических систем тех первичных и уникальных молекулярных механизмов, которые, в конечном счете, обусловливают остальные атрибуты жизни.
Время 1950-1960-х годов можно смело отнести к одному из самых романтических периодов в истории биологии. Воображение исследователей поражала не только многочисленность фундаментальных достижений устанавливающих универсальность морфологических, физиологических и эволюционных принципов живой природы, но, быть может еще в большей мере, открывающиеся благодаря этим достижениям удивительная целесообразность и мудрая простота структурной организации элементарных биосистем, как и захватывающая перспектива дальнейших исследований. Действительно, нельзя было не удивляться несложным химическим типам белков, ДНК и РНК. Расшифрованные первыми ipex-мерные структуры миоглобина и гемоглобина, хотя и имели иррегулярную молекулярную конструкцию, тем не менее, более чем на три четверти состояли из регулярных а-спиралей, ранее обнаруженных у фибриллярных белков и гомополипептидов. Э. Чаргаффом были выведены очень простые соотношения между нуклеотидными остатками ДНК, а Дж. Уотсоном и Ф. Криком сконструирована изящная и чрезвычайно рационально построенная модель двойной спирали ДНК. Для многих исследователей успехи романтического периода послужили не только вдохновляющим примером, но и породили у них поверхностное представление о том, что изучение элементарных биосистем непременно должно приводить к быстрым и простым решениям, что от молекулярной биологии можно ждать любых чудес. Вера в почти неограниченные возможности данной области знаний, причудливым образом переплетаясь с многими другими сферами сознания людей, часто служила причиной появления различных коллизий человеческого ума со свойственными ему фантазиями, ошибками и заблуждениями. Касаясь этой темы, Ф.М. Достоевский писал- "Да, иногда самая дикая мысль, самая с виду невозможная мысль, до того сильно укрепляется в голове, что ее принимаешь, наконец, за что-то осуществимое... Мало того: если идея соединяется с сильным, страстным желанием, то, пожалуй, иной раз примешь ее, наконец, за нечто фатальное, необходимое, предназначенное, за нечто такое, что уже не может не быть и не случиться! Может быть, тут есть еще что-нибудь, какая-нибудь комбинация предчувствий, какое-нибудь необыкновенное усилие воли, самоотравление собственной фантазией..." [343. С. 369].
