Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
Используя теорию информации, авторы выполнили статистический анализ зависимости между порядком и структурой сначала у 11, а позднее у 25 белков (около 4500 остатков). В результате аминокислотные остатки были количественно оценены мерой информации, характеризующей их способность входить во вторичные структуры и клубок. С помощью мер информации определены значения углов ср, ф у остатков ряда белков. Точность предсказания невысока. Так, совпадение значений ф, ф в пределах 40° у а-химотрипсина составило 31%, эластазы - 33%, цитохрома с - 50%, рибонуклеазы - 28%.
Статистический анализ К. Нагано основан на структурах 95 белков с известной аминокислотной последовательностью [94]. Автор предположил, что белки, родственные по биологической функции источнику эволюции и имеющие небольшие различия в первичной структуре, обладают близким пространственным строением. Они были разбиты на 13 семейств с известными кристаллографическими конформациями. В каждом белке анализировались все пары остатков, разделенных m остатками, где ш = 0, 1,2, ... 6. Путем линейной комбинации статистических величин при различных значениях m были найдены предсказательные функции для а-спирали, (3-структуры, поворота цепи и клубка. Рассчитанные весовые факторы Cms, характеризующие вклады взаимодействий различных типов остаточных пар (п с п+1, п+2 и т.д.; m определяет взаимное расположение в цепи пары взаимодействующих остатков, s - вид вторичной структуры) во вторичные
255
структуры, показали, что в образовании а-спирали самыми важными являются взаимодействия между п и п+1 и особенно n+2 (т = 0 и 1); в (3-структуре - главным образом между п и п+1, а также п и п+2; в 13-изгибе значения Cms при всех значениях m оказались приблизительно одинаковыми. Однако хорошо известно, что в а-спирали сближенными оказываются боковые цепи остатков п и п±1, п±3 и п±4, но не п и п±2. Последние располагаются по разные стороны спирали и не могут взаимодействовать между собой. Большое значение соответствующего весового фактора Cms (m = 2, s - а-спираль) определяется не взаимодействиями между боковыми цепями двух остатков, а стабилизирующими дисперсионными взаимодействиями примыкающих к п и п+2 пептидных групп п-1 и п+1, п+2, а также п, п+1 и п+2, п+3, которые не связаны с природой аминокислот.
Что же касается вывода Нагано о стабилизации (3-структуры за счет взаимодействия между боковыми цепями смежных остатков п и п+1, то его также нельзя признать достаточно обоснованным. В развернутой форме цепи боковые заместители остатков п и п+1, как отмечалось выше, не могут эффективно взаимодействовать между собой, так как направлены в разные стороны как по отношению к оси цепи, так и к средней плоскости. На основе результатов статистического анализа Нагано были отнесены к а-спиральным участкам аминокислоты Glu, Ala, Lys, Leu, His, Phe, Met; к (3-структурным - lie, Val, Leu, Phe, Thr, Glu, Met, Cys; характерными для поворота цепи и клубка он посчитал остатки Gin, Ser, Asn, Pro, Туг, Arg. Это отнесение не соответствует отнесениям других авторов, которые, однако, также существенно различаются между собой. Новое здесь заключается в подчеркивании исключительной роли гидрофобных остатков в образовании (3-структуры. Для семи белков известного пространственного строения, информация о котором не была использована в анализе, сделано предсказание вторичных структур. Приведем данные для конканавалина (238 остатков): в а-спираль входит пять остатков, из которых при 46 ошибках ни один не был предсказан; из 115 остатков (3-структуры 23 предсказаны правильно и 95 - неправильно, из 95 остатков в (3-изгибах правильно определено 22 и неправильно - 93.
В.И. Лим осуществил стереохимическое исследование структуры глобулярных белков и предложил правила локализации а-спиральных и (3-структурных участков [95, 96]. Он исходил из предположения, что подавляющее большинство неполярных боковых цепей составляет гидрофобное ядро, а полярных — внешнюю оболочку глобулы, экранируя гидрофобное ядро от контактов с водой. Аминокислотные последовательности белков разбиваются на четыре группы, которым приписывается различная роль в образовании вторичных и третичных структур. В первую группу включены участки, состоящие целиком из гидрофобных остатков. Предполагается, что они должны находиться внутри глобулы и образовывать преимущественно а-спирали, а также (3-структуры. Вторую группу составляют участки исключительно из гидрофильных остатков. По мнению Лима, они не могут закручиваться
256
i
в а-спираль, а образуют |3-структуру или нерегулярные области, расположенные на поверхности. В следующую группу входят участки с чередующимися полярными и неполярными остатками. Такая цепь в (3-структурной конформации образует по одну сторону гидрофобную поверхность, утопленную в гидрофобное ядро, а по другую — гидрофильный слой, взаимодействующий с водой. Наконец, четвертую группу, единственно реальную, составляют неравномерно распределенные гидрофобные и гидрофильные остатки. Эти участки будут образовывать а-спирали при таком распределении гидрофобных остатков, которое обеспечивает их сближенность и вхождение в гидрофобное ядро. Между спиральными и (3-структурными участками могут возникать конкурентные взаимоотношения. В таких случаях предпочтение отдается а-спиралям. Следовательно, (3-структурные фрагменты идентифицируются после выявления а-спиралей.
