Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
6. Изучена специфика средних, межостаточных взаимодействий. Показано, что взаимодействия между соседними аминокислотными остатками приводят к заметной энергетической дифференциации пространственных форм даже простейших олигопептидов. Лучшие конформации трипептидов представляют собой комбинации низкоэнергетических структурных вариантов перекрывающихся дипептидов, а лучшие конформации последних являются выборочными сочетаниями только предпочтительных состояний монопептидов (см. гл. 6).
7. Физическая теория и результаты расчета моно-, ди- и трипептидов, подтвержденные сопоставлением с экспериментальным материалом, позволили разработать количественный фрагментарный метод конформационного анализа олигопептидов. Метод основывается на предположении о возможности исследования конформационного состояния сложной аминокислотной последовательности путем предварительного анализа пространственного строения ее простых перекрывающихся фрагментов, конформационные возможности которых рассчитываются с использованием в качестве нулевых приближений всех комбинаций низкоэнергетических оптимальных конформаций свободных аминокислотных остатков (молекул метиламидов N-ацетил-а-аминокислот). Наборы лучших по энергии оптимальных состояний простых фрагментов служат исходными для формирования нулевых структурных вариантов более сложных фрагментов и т.д. В основе метода лежит построенная по принципу "дерева" классификация пептидных структур на конформации, формы и шейпы. Предложенная классификация полностью отвечает известным эксперимен-
тальным данным, обоснована с физической точки зрения и охватывает все возможные пространственные структуры аминокислотной последовательности (см. гл. 7).
8. Метод теоретического анализа использован для расчета пространственного строения природных пептидных антибиотиков, гормонов и их синтетических аналогов, содержащих от 5 до 30 аминокислотных остатков. На основе сопоставления теоретических и опытных данных изучены конформационные возможности олигопептидов. Для апробации физической теории структурной организации пептидов и метода расчета их конформационных возможностей использованы три способа. Первый из них связан с прямым сравнением теоретических и опытных значений геометрических параметров молекул. Во всех случаях, где такое сопоставление оказалось возможным, наблюдалось хорошее количественное согласие результатов теории и опыта. Второй способ имеет вероятностный характер и не требует для оценки достоверности результатов расчета знания экспериментальных фактов. Он основан на выборе для теоретического исследования объектов, расчет которых содержит внутренний, автономный контроль. Такими объектами могут служить пептиды, содержащие остатки цистеина, далеко расположенные друг от друга в цепи и образующие между собой дисульфидные связи. Априорное исследование ряда цистеинсодержащих пептидов, аминокислотные последовательности которых включали от 18 до 36 остатков, автоматически привело к выяснению пространственной сближенности остатков Cys, отвечающей правильной системе дисульфидных связей. Наконец, третий способ проверки заключался в сопоставлении данных конформационного анализа белковых фрагментов с геометрией соответствующих участков трехмерной структуры белка, установленной с помощью рентгеноструктурного анализа. И здесь были подтверждены достоверность и высокая точность результатов априорного расчета (см. гл. 8-13).
9. Знание конформационных возможностей природных олигопептидов позволило сформулировать общие для их структурной организации черты. Получено представление о важной роли в структурной организации молекул средних взаимодействий. Оказалось, что в каждой последовательности имеются участки, конформационные состояния которых определяются взаимодействиями лишь входящих в них аминокислотных остатков. Наряду с конформационно жесткими есть лабильные участки, в которых средние взаимодействия не детерминируют их состояния полностью, а только сужают круг их возможных структурных вариантов (см. гл. 14).
10. Детальное изучение конформационных возможностей природных олигопептидов сделало реальным переход к априорному расчету трехмерной структуры белков. Первый шаг в этом направлении заключался в теоретическом исследовании конформационных возможностей свободного фрагмента из 23 аминокислотных остатков белка нейротоксина II. Конформация данного фрагмента нейротоксина П практически полностью совпала с известной геометрией соответствующего участка 1-24 гомологичного белка эрабутоксина Ь. Таким образом, расчет доказал, что механизм спонтанной и безошибочной сборки белковой цепи заключается в неза-
г оо
висимом образовании стерически комплементарных друг другу конфор-мационно-жестких нуклеаций и последующем объединении в нативную трехмерную структуру макромолекулы без существенных изменений геометрии. Исследованы конформационные состояния фрагмента 1-23 у пяти гомологичных нейротоксину II белков, имеющих на этом участке ряд аминокислотных замен. Из расчета выяснено, что различия в последовательностях фрагментов не сказываются на форме пептидного остова и не изменяют условий образования дисульфидного мостика Cys3-Cys23. Все остатки гомологов свободно встраиваются в глобальную для нейротоксина
