Молекулярная биология. Структура и функция белков - Степанов В.М.
ISBN 5-06-002573-Х
Скачать (прямая ссылка):
Это обусловлено не только стереохимическим влиянием боковых цепей на стабильность конформации, но и тем, как они укладываются
99
на поверхности возникающей структуры, каков образующийся при этом рисунок. Например, если гидрофобные остатки распределены в первичной структуре так, что разделяются двумя-тремя остатками полярных аминокислот, то образуется своеобразный гребень из гидрофобных радикалов о-спирали, направленных по одну сторону. За счет взаимодействия таких гребней может начаться формирование пространственной структуры, которая, в свою очередь, стабилизирует вторичную. Таким образом, предпочтительное образование того или иного типа регулярной вторичной структуры может определяться не только природой аминокислотных остатков, но и характером их размещения на данном участке пептидной цепи.
Весьма полезным оказался статистический анализ установленных пространственных структур белка, который позволил приписать отдельным аминокислотным остаткам параметры, характеризующие их большую или меньшую склонность встраиваться в о-спираль, /2-структуру или образовывать /?-изгиб. Если просматривать вновь определенную первичную структуру, используя "окно", соответствующее нескольким идущим подряд остаткам, то удается, например, выявить характерные скопления остатков, склонных встраиваться в о-спирали. Это позволяет предполагать, что в данном белке они свернуты в о--спираль. Такое предположение проверяется соответствием остатков, расположенных на концах спирали, аминокислотам, обычно занимающим такое положение. Дальнейшие уточнения дают соображения стереохимического характера.
Разработано несколько приемов предсказания вторичной структуры белков по их первичной структуре, из которых наибольшее распространение получили методы, предложенные П.Чоу и Дж.Фасманом, О Птицыным и А.Финкелыптейном, а также В.Лимом. Как показала проверка на ряде белков, вероятность предсказания о-спиральных участков достаточно велика, хуже предсказываются /^-структурные элементы и изгибы.
Трудность однозначного предсказания вторичной структуры понятна, так как после образования какого-либо ее элемента он Одолжен включиться в третичную структуру, т.е. войти в систему дальних взаимодействий. Последние могут стабилизировать вторичную структуру! но могут и нарушить ее. Ввиду этого всегда существует некоторая вероятность, что предсказание не оправдается. Действительно, анализ большого числа пространственных структур белков показал, что одни и те же короткие аминокислотные последовательности могут образовывать в разных белках одинаковые вторичные структуры, что установлено, например, для восьми гепта- и гексапептидных участков. Однако нередки и такие случаи, когда идентичные последовательно-
100
сти дают разные вторичные структуры в белках различного строения. Это найдено для семи гексапептидных отрезков. В частности, одна и та же последовательность
Asn—Ala—Ala—lie—Arg—Ser
имеет в фосфофруктокиназе конформацию о-спйрали, расположенной между двумя другими о-спирапями, тогда как в термолизине она входит в /^-складчатый слой вместе с четырьмя другими фрагментами пептидной цепи.
Итак, дальние взаимодействия в рамках третичной структуры могут вносить заметные коррективы в соотношение первичная структура — вторичная структура, делая его далеко не всегда однозначным. Важно, однако, что успешное предсказание ряда вторичных структур, в особенности о-спиральных участков, с определенностью указывает на то, что это соотношение реально существует. Предсказание вторичных структур помогает при сравнений белков, чв частности в таких случаях, когда сопоставление первичных структур не выявляет значимого процента совпадающих аминокислотных остатков (например,1 их меньше 15%), однако есть основания заподозрить, что эти белки тем не менее родственны и обладают сходной пространственной структурой. В отсутствие прямых данных по укладке полипептидных цепей таких белков сходство предсказываемых элементов вторичной структуры может служить полезным аргументом. Нередко предсказание вторичной структуры позволяет выявить характерные, особенности отдельных участков белка: например, гидрофобные о-спирали могут оказаться трансмембранными.
5.9. ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ВТОРИЧНОЙ СТРУКТУРЫ
t
Наиболее надежным является определение вторичной структуры по результатам рентгеновского анализа пространственного строения белка. Однако этот метод сложен и требует значительного времени, существенно уступая в скорости современным способам установления первичной структуры, поэтому важно хотя бы примерно оценивать содержание отдельных типов вторичной структуры в белке. Кроме того, рентгеноструктурный анализ не позволяет следить за изменениями пространственной, а значит, и вторичной структуры белка в растворе в условиях, особенно интересных для изучения функции.
Для такого рода задач используют оптические'Методы — исследование кругового дихроизма или дисперсии оптическою вращения. Оба эффекта основаны на электронных взаимодействиях между хромофора-
