Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
вм
а
Рис. II.5. Супервторичные (3
а — (|3с(3) — нерегулярные сочленения параллельных |3-складчатых листов, образующих левую скрученную (З-суперструктуру; б — (0а(3) - так называемая укладка цепи по Россману; в — (3(3(3) — (3-изгиб, являющийся антипараллельной трехцепочечной [3-супервторичной структурой [157]
регулярной формы (3с(3. Отмеченные три последних случая показаны на рис. П.5.
Определение супервторичных структур по порядку чередования в аминокислотной последовательности вторичных, регулярных форм, их взаимному направлению и хиральности, т.е. правой или левой закрутке, получило название топологии полипептидной цепи [157]. Как отметили Немети и Шерага, такая трактовка топологии не строго соответствует математическому определению этого термина [138. С. 258]. Тем не менее он получил уже широкое распространение.
Введение Г. Шульцем и Р. Ширмером понятия топологии полипептидной цепи и разработанный С. Рао и М. Россманном [217] метод упрощенного представления пространственного строения белковых молекул сделали возможным сопоставление структур белков между собой (содержащих вторичные и супервторичные сегменты), их анализ и выявление общих черт и особенностей. До этого могли сравниваться отдельные участки белковых цепей, как правило, регулярных, или полные структуры, но только родственных белков.
Новые методологические элементы были использованы М. Стерн-бергом и Дж. Торнтоном [140—145], К. Нагано [136, 137] и другими для идентификации в белках топологического звена (3а(3, определения 304
i А А
\У т
6
-структуры, образующие звено (3?|3
хиральности у параллельных (В-складчатых листов и решения других подобных задач. Заметным событием в развитии эмпирического подхода явилось появление в 1976 г. работы М. Левитта и С. Чотиа [218]. Авторы использовали простые двумерные представления известных кристаллографических структур 31 белка для анализа характерных особенностей структурной организации содержащихся а-спиралей и (3-складчатых листов. В соответствии с формой регулярных структур и характером их распределения вдоль аминокислотной последовательности выбранные белки были разбиты на четыре группы (а), ((3), (а + (3) и (а/(3) (рис. П.6). К группе (а) отнесены белки, трехмерные структуры которых содержат только а-спирали, причем в них входит не менее 60% остатков (миогаемеритрин, миоген, миоглобин). Белки группы ((3) состоят главным образом из (3-складчатых листов. Здесь требование к частоте содержания вторичной структуры не столь строго, допускается наличие единичных а-спиралей и меньшее содержание (3-структур. В эту группу включены проальбумин, конканавалин А, химотрипсин и др. Белки группы (а + (3) имеют в нативных конформациях а-спиральные и (3-структурные сегменты, которые не взаимодействуют между собой и, как правило, удалены друг от друга в последовательности (цитохром Ь5, лизоцим, папаин и др.). Группу (а/|3) составляют белки, а-спирали и (3-складчатые листы которых смешаны или альтернируют вдоль цепи (субтилизин, карбоксипептидаза, лактатдегидрогеназа и др.). В конформациях глобулярных белков в принципе возможна реализация 12 видов супервторичных структур, составленных путем двойных и тройных комбинаций а-спиралей и (3-структур. М. Левитт и С. Чотиа в выбранных белках обнаружили лишь пять из них: (аа), ((3(3), ((За), ((3(3(3) и ((3а(3). Это отнесение условно, поскольку авторы не учли разделяющие вторичные структуры, неупорядоченные участки, которые часто состоят из нескольких десятков остатков, т.е. значительно превосходят по размеру регулярные участки и в выделенных фрагментах являются не промежуточными вспомогательными группировками, а скорее основными. Супервторичные структуры, обнаруженные в анализируемых белках, распределяются следующим образом: (аа) — 27, ((3(3) — 34, ((За) — 19, ((3(3(3) — 14 и ((3а(3) — 12. Из общего количества вторичных структур (361), содержащихся в рассматриваемых белках, 238 (66%) входят в состав одной из перечисленных супервторичных структур. Следовательно, даже в специально отобранных белках с наивысшим содержанием остатков в регулярных сегментах третья часть всех а-спиралей и (3-структур предпочитает взаимодействовать в нативных конформациях не друг с другом (т.е. не образовывать супервторичные структуры), а с нерегулярными участками цепи. Если же учесть, что в выбранных белках содержание а-спиралей и (3-структур составляет 60%, т.е. в два раза превосходит среднестатистический уровень, то полученное Левиттом и Чотиа соотношение между содержаниями супервторичных структур (66%) и ’’изолированных” вторичных структур (34%) свидетельствует о случайности образования первых. На статистический характер происхождения супервторичных структур указывает также отношение количества двойных комбинаций (аа), ((3(3), и ((За)
305
Группа (а)
MHN
MGN
MBN
Группа (Р)
PBN
CON Г руппа (а + 3)
СВ5
Г руппа (а/3)
СРА
Рис. II.6. Топологические диаграммы трехмерных структур белков четырех групп
