Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
В рассмотренных исследованиях по компьютерному воспроизведению свертывания белка используется, как уже отмечалось, сверх-упрощенное моделирование полипептидной цепи. Неудовлетворительность подхода, однако, заключается отнюдь не в самом стремлении максимально упростить решаемую задачу, а в том, что этого стараются достичь за счет лишения исследуемого объекта всех специфических черт белковой молекулы. Рассчитываемые модели как в отношении своей геометрии, так и силового поля могут быть в равной мере отнесены практически ко всем линейным искусственным полимерам, причем и в данном случае они будут выглядеть упрощенными.
В подходе с упрощенными моделями используются методы минимизации энергии, которые исключают анализ значительных конформационных изменений и больших энергетических флуктуаций, что делает невозможным поиск специфических межостаточных взаимодействий, формирующих компактную глобулу. Состоятельное с физической точки зрения компьютерное воспроизведение процесса спонтанной самоорганизации трехмерной структуры белка требует не только 294
расчетной модели, в которой учитывались бы особенности природной гетерогенной аминокислотной последовательности, но и такого способа оценки конформационной энергии свертываемой цепи, в которой допускалась бы дифференциация специфических и неспецифических остаток-остаточных взаимодействий. Предложенные модели и используемые методы минимизации энергии не удовлетворяют обоим требованиям. Поэтому для получения разумных результатов во всех работах пришлось отказаться от априорности расчета и прибегнуть к искусственному приему, а именно к выбору в качестве исходных для минимизации энергии приближений структурных вариантов, включающих важнейшие элементы опытной нативной конформации белка, или использовать для той же цели эмпирические корреляции. Уменьшение таким путем количества неспецифических взаимодействий привело, однако, к фактическому отказу от независимого описания всего пути свертывания белковой цепи. Решение задачи приобрело чисто формальный характер и свелось к рассмотрению только завершающей стадии процесса.
Среди работ рассматриваемого направления лишь в исследовании Танаки и Шераги сделана попытка создать общий метод количественной оценки энергии образования контактов между остатками и подойти к целенаправленному выделению наиболее актуальных для свертывания белковой цепи межостаточных взаимодействий [156]. По частотам контактов между 20 природными аминокислотами, реализуемых в кристаллографических структурах 25 белков, авторы рассчитали константы равновесия, а по ним нашли значения свободной энергии образования контактов. Последние и должны были служить эмпирическими параметрами для количественной характеристики межостаточных взаимодействий. По ряду причин, прежде всего из-за недостаточного для корректной статистической обработки объема опытных данных, метод оказался неэффективным.
Более строго к решению той же задачи подошли С.Г. Галактионов и М.А. Родионов [202—204]. Опробование модельного представления и разработанного ими алгоритмического решения было осуществлено на одном объекте — молекуле БПТИ. При качественном сравнении матриц остаток-Остаточных контактов расчетной и рентгеновской структур обнаруживаются некоторые общие черты: наличие (В-струк-турного сегмента 14—38 и сближенность N- и С-концевых фрагментов. В то же время в теоретической структуре не воспроизводится а-спи-ральный сегмент 48—56 и имеются изломы цепи и перекрывания участков ближнего порядка, отсутствующие в реальной структуре. Авторы следующим образом оценивают полученные ими результаты: ’’Процедура восстановления пространственной структуры молекулы по матрице остаток-остаточных контактов в том виде, в котором она использована в настоящей работе, весьма чувствительна к малейшим изменениям структуры матрицы. Вполне возможны ситуации, когда паре матриц, совпадающих даже на 95%, окажутся сопоставленными заметно различающиеся структуры. Поэтому совершенно необходимым условием дальнейшего совершенствования обсуждаемого подхода яв-
295
ляется реализация решения задачи построения структуры по заданной матрице с помощью алгоритмов конформационного анализа в попарно аддитивном приближении” [203. С. 390].
Бусиничные модели белков Левитта и Уоршела, Кунтца и соавторов, как и другие упрощенные представления с привлечением разного рода эмпирических корреляций, в большей мере предназначались для воссоздания трехмерной структуры белковых молекул, чем для исследования на их основе механизма самоорганизации природной аминокислотной последовательности. Предложенная в 1978 г. Н. Го и Г. Такетоми [205] так называемая решетчатая модель белка, напротив, совсем не предназначалась для предсказания пространственной структуры белковой молекулы, а была специально разработана для изучения особенностей равновесного двухфазного процесса свертывания и развертывания полипептидной цепи.
Абстрагирование от геометрии и силового поля реальной аминокислотной последовательности здесь идет еще дальше. Белок представляется в виде плоского, а в более поздних работах — объемного решетчатого полимера, стабилизированного тремя видами взаимодействий. В отношении этих взаимодействий все условно — как их качественная, так и количественная характеристики. Остается неясным даже принцип разделения взаимодействий. Первые два вида можно отнести к внутриостаточным и межостаточным взаимодействиям. Следовательно, критерием разделения в данном случае служит не природа контакта, а его место в цепи. Однако такой критерий не отвечает третьему виду взаимодействий — гидрофобному, определяемому сложными взаимоотношениями белковой цепи с водным окружением. Функции, приписываемые этим взаимодействиям, задаются, исходя из нативной конформации белка, которая считается неизвестной.
