Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
II циклическую трехмерную структуру, не вызывая ее дестабилизацию. Принимаемые в некоторых случаях новыми остатками иные положения боковых цепей при сохранении формы основной цепи также отвечают областям низкой энергии Х\~Хг заменяемых остатков нейротоксина II, которые в новых условиях оказываются более предпочтительными. Рассчитанная геометрия белкового остова предоставляет возможность реализации у различающихся аминокислот в эволюционно отобранных последовательностях нейротоксинов ряда конформационных состояний. Для всех гомологов найденная структура фрагмента 1-23 нейротоксина II является глобальной (см. гл. 15).
11. Решающим доказательством справедливости предложенного подхода к решению задачи о структурной организации белка явились результаты априорного расчета трехмерной структуры бычьего панкреатического трипсинового ингибитора и количественное представление свертывания белковой цепи как самопроизвольного, быстрого и безошибочного процесса. Рассчитанная при использовании аминокислотной последовательности и стандартной валентной схемы конформация белка совпала с кристаллической структурой молекулы БПТИ. Точность расчета значений всех двугранных углов вращения ф, у, СО и %, расстояний между атомами С“ всех остатков и длин реализуемых водородных связей оказалась близкой точности рентгеноструктурного анализа белков высокого разрешения. На основе данных о конформационных возможностях аминокислотной последовательности БПТИ получили свое объяснение все детали ренатурации белка, механизм которой был изучен экспериментально. Тем самым, во-первых, была подтверждена неравновесная термодинамическая модель сборки белка. Во-вторых, была апробирована физическая теория структурной организации белка, вскрывающая природу бифуркационных флуктуаций и утверждающая представление о нативной конформации белковой молекулы как о глобальной по внутренней энергии структуре, плотнейшим образом упакованной и согласованной в отношении всех своих внутриостаточных и межостаточных невалентных взаимодействий. Именно гармония между ближними, средними и дальними взаимодействиями ответственна за резкую энергетическую дифференциацию и выделение из множества возможных структурных вариантов стабильной и уникальной для данной аминокислотной последовательности конформации белка. В-третьих, продемонстрированы реальность фрагментарного метода теоретического конформационного анализа пептидов и белков и удовлетворительное количественное описание с его помощью их пространственных структур применительно к условиям полярной среды. Под-
тверждены механическая модель молекулы и полуэмпирические потенциалы ван-дер-ваальсовых, электростатических, торсионных взаимодействий атомов и водородных связей, а также выбранная система параметризации. В результате проведенного исследования получены ответы на следующие вопросы проблемы белка, не находившие ранее своих решений: каким образом беспорядочные и случайные конформационные флуктуации статистического клубка приводят к появлению и развитию спонтанного процесса формирования высокоорганизованной трехмерной структуры белка; чем обусловлена высокая скорость беспорядочно-поискового механизма сборки белковой цепи; в чем причина безошибочности процесса структурной организации белка (процесса, включающего только случайные и беспорядочно возникающие флуктуации), результатом которого всегда является свертывание одинаковых аминокислотных последовательностей в идентичные пространственные структуры (см. гл 16).
12. Рассмотрен подход к решению обратной структурной задачи, основанный на физической конформационной теории природных пептидов и белков, прежде всего оценке особой роли ближних взаимодействий в их структурной организации и использовании классификации пептидных структур на шейпы, формы и конформации. Показано, что можно добиться целенаправленного и контролируемого изменения структуры пептида за счет ближних взаимодействий простыми средствами, выработанными в процессе эволюции органического мира. Изложенный в книге подход к решению обратной задачи позволяет заранее, еще до синтеза и биологических испытаний целенаправленно конструировать модели искусственных аналогов, пространственные структуры которых отвечают низкоэнергетическим и физиологически активным конформационным состояниям природного пептида. Возможности теоретического моделирования искусственных аналогов продемонстрированы на конкретных примерах. Полученные результаты подтверждают необходимость его использования в изучении молекулярных механизмов функционирования пептидных гормонов, катализа ферментов, взаимодействий антител с антигенами и т.п. (см. гл. 17).
* * *
Изложенный в книге материал позволяет, по моему мнению, утверждать, что в настоящее время имеется объективное представление о принципах укладки белковой цепи в нативную трехмерную структуру и на их основе создан расчетный метод предсказания геометрии белковой глобулы и ее динамических конформационных свойств исходя только из аминокислотной последовательности. Проведенное обсуждение физических аспектов проблемы белка, соответствующих количественных экспериментальных данных и результатов априорных расчетов конформационных состояний природных олиго- и полипептидов сделало возможным объяснить причины протекания самопроизвольного, быстрого и безошибочного процесса свертывания белковой цепи в детерминированную трехмерную структуру. Знание (и понимание) структурной организации пептидов и
