Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
Наборы низкоэнергетических конформационных состояний, полученные нами для всех 20 стандартных аминокислотных остатков (см. табл. 11.17), универсальны и могут быть использованы в анализе пространственного строения любой аминокислотной последовательности. По числу структурных вариантов они достаточно представительны, так как включают не только все конформационные состояния остатков, уже обнаруженные в кристаллических структурах белков, но и ряд других, потенциально возможных.
Глава 6 КОНФОРМАЦИИ МЕТИЛАМИДОВ N-АЦЕТИЛДИ- И ТРИПЕПТИДОВ
К принципиальным достижениям исследований конформационных возможностей свободных монопептидов можно отнести следующие. Во-первых, выполнен теоретический конформационный анализ всех стандартных аминокислотных остатков и для каждого из них получен полный набор оптимальных конформационных состояний. Во-вторых, с помощью целого комплекса физико-химических методов изучено пространственное строение
иьшого числа монопептидов и обнаружено полное соответствие ре-иьтатов теории и эксперимента. В-третьих, оптимальные конформации эбодных монопептидов сопоставлены с геометрией аминокислотных гатков в кристаллографических структурах белков и выявлена четкая ррреляция между ближними взаимодействиями, с одной стороны, и едними и дальними, с другой. Реализующиеся в белковых молекулах информационные состояния остатков всегда отвечают энергетически едпочтительным конформациям свободных монопептидов. Итогом кон-ррмационного анализа свободных монопептидов явилось получение универсальных наборов тех конформационных состояний стандартных амино-тотных остатков, которые только и могут встретиться в трехмерных руктурах белков.
Для того чтобы наглядно представить себе все, что удалось выяснить ^структурной организации белков на первом этапе, т.е. при изучении ших взаимодействий, воспользуемся строительной аналогией, не пре-идующей на значительную глубину. В результате проведенных иссле-ваний стали известны все конформационные "кирпичики", из которых падываются пространственные структуры любых белков. Их оказалось №ень много, и каждый из них имеет довольно сложный профиль потен-|альной поверхности. Формы кирпичиков прежде всего зависят от их держания, т.е. от природы аминокислот. Поэтому они подразделяются , 20 типов. Каждый тип, в свою очередь, состоит из ряда разновидно-ей, определяемых конформационными состояниями основной и боковой рпей и их взаимной ориентацией. Набор кирпичиков одного типа, по цеству, представляет собой все возможные сочетания R-, В- и L-форм ковной цепи (у Gly также Н) и ротамеров боковой цепи с углами внут-|ннего вращения, отвечающими минимумам торсионных потенциалов. Исключениями являются лишь те сочетания, при которых имеет место |рекрывание ван-дер-ваальсовых радиусов атомов.
, Следующий шаг программы достаточно очевиден. Он должен состоять разработке правил сооружения более сложных конструкций из ставших ^вестными строительных элементов - оптимальных конформаций сво-ОДных монопептидов. Исходными здесь являются знания аминокислотной следовательности и всех возможных оптимальных конформаций остатке. Кроме того, будем руководствоваться нашей априорной идеей -количественной теорией структурной организации белков, поскольку она крывает путь к дальнейшему продвижению и получению результатов, роверяемых экспериментально. Поэтому в конечном счете она или приобретает статус физической теории, или окажется несостоятельной. Пока поверим теории и будем считать, что для белковых пространственных Руктур характерна согласованность всех видов взаимодействий. В этом гулате не содержится ничего необычного или специфичного только для 1ков. Кристаллы всех веществ, получаемые при самопроизвольном эцессе, обладают таким же свойством.
В чем же специфика белковой трехмерной структуры? Быть может, в плотной упаковке? На первый взгляд тоже нет. Любой процесс кри-*ллизации есть не что иное, как сближение атомов, ионов или молекул 1 расстояния, обеспечивающие образование между ними дисперсионных
контактов, ионных пар, водородных связей и т.д. Поэтому всякий кри. сталл настолько плотно упакован, насколько комплементарны друг другу профили потенциальной поверхности образующих его атомов, ионов или молекул. Известно, что синтетические полимеры, в том числе полипептиды, не образуют монокристаллов и лишь после специальной обра-ботки обладают текстурой. Природные гетерогенные аминокислотные последовательности самопроизвольно свертываются в плотно упакованные, всегда одни и те же при сохранении порядка аминокислот структуры ("апериодические кристаллы"), которые могут взаимодействовать между собой, создавать монокристаллы или более сложные образования.
Следовательно, наличие в белковой глобуле согласованности всех видов невалентных взаимодействий в условиях компактной, плотной упакованной структуры, т.е. при максимальной насыщенности стабилизирующих внутримолекулярных взаимодействий, является исключительным свойством белков как гетерогенных полимерных макромолекул; обычно этим свойством наделены кристаллы только низкомолекулярных соединений. У белков оно было выработано в процессе эволюции путем вариации состава и порядка аминокислот. Дошедшие до нас последовательности белков свертываются в физиологических условиях таким образом, что в конечном счете все остатки приобретают те конформации из присущих им наборов низкоэнергетических форм, которые в глобуле оказываются наиболее комплементарными друг другу. Благодаря этому происходит резкая энергетическая дифференциация конформационных состояний, практически равноценных для свободных монопептидов, и выделение из огромного количества структурных вариантов уникальной нативной конформации белковой молекулы.
