Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
’ Аспартатные протеиназы ретровирусов уже через два-три года после pix открытия стали одними из наиболее экспериментально изученных фер-Иентов. Основное внимание было уделено протеиназе HIV-1, о структуре И функции которой сейчас известно, пожалуй, больше, чем о таком классическом объекте, как пепсин, открытом еще в 1836 г. Подробно об этом в следующем томе. Сейчас лишь отметим, что стал очевиден один из эффективных и простых путей поиска средств защиты от ретровируса. Он Заключается в создании особых ингибиторов аспартатной протеиназы
HIV-1. Практически эта задача оказалась чрезвычайно сложной и на сегодняшний день нерешенной Среди требований, предъявляемых к свойствам ингибиторов, главное и самое трудновыполнимое касается избирательности их действия. Ингибиторы, обладающие терапевтическим эффектом, должны быть прежде всего высокоспецифичны до такой степени, чтобы дезактивируя ретровирусную протеиназу, не нарушать нормального функционирования как аспартатных, так и других протеолитических ферментов клетки-хозяина. Для целенаправленного поиска ингибиторов, удовлетворяющих этому требованию, необходимо располагать количественными данными о всех стадиях катализа вирусной протеиназы и механизмах функционирования протеиназ инфицированной клетки, а также владеть методом решения обратной структурной задачи, т е конструирования химического строения ингибитора по заданной пространственной форме. Вероятность обнаружения таких ингибиторов экспериментальным или эмпирическим путем мала. Помимо того, что этот путь ненадежен, он чрезвычайно дорогостоящ и продолжителен На несовершенство используемого подхода, допускающего исследование только в направлении от функции к структуре, указывают разработанные схемы катализа аспартатных протеиназ. Они интересны в том отношении, что исходят по существу из одного и того же экспериментального материала, включающего данные рентгеноструктурного анализа и результаты многочисленных биофизических и биохимических исследований, а также базируются на одинаковых традиционных, теоретических представлениях о природе биокатализа. При единстве исходного опытного материала, теоретической основы и в рамках одного подхода были предложены пять различных стереохимических моделей функционирования аспартатных протеиназ, которых, впрочем, могло быть и больше [363-366].
Результаты использования эмпирических и экспериментальных методов в исследованиях аспартатных протеиназ, как и аналогичные результаты исследований химотрипсина, трипсина, карбоксипептидазы, лизоцима и других ферментов [108], дают основание заключить, что появление уникальной количественной опытной информации о пространственном строении белков и их комплексов не привело к концептуальному развитию энзимологии и переосмыслению сложившихся представлений о природе биокатализа. Не изменилась также направленность биокаталитических исследований, по-прежнему следующих от функции к структуре Это не случайно, поскольку результатом такого подхода может быть лишь знание морфологии белков на атомно-молекулярном уровне, которая сама по себе не является конечной целью изучения элементарных биосистем.
Дальнейшее развитие молекулярной биологии, как и медицинской науки, делает необходимым создание теоретической биологии. Признаками становления последней являются теории структурной и структурнофункциональной организации пептидов и белков, возникновение нового магистрального направления исследований от структуры к функции и. наконец, обратная структурная задача.
Рассматриваемый в этой главе метод решения обратной структурной задачи [26, 367] строится на общих принципах количественной конформационной теории пептидов и белков (см. гл. 2), учете особой роли ближних взаимодействий в пространственной организации эволюционно отобранных аминокислотных последовательностей (см. гл. 5) и на использовании естественной классификации пептидных и пространственных ртруктур (см. гл. 7). Ближние взаимодействия обладают одним, важным для решения обратной структурной задачи свойством, отсутствующим у средних и дальних взаимодействий. Основополагающее положение физической теории структурной организации белков, согласующееся с экспериментом и подтвержденное результатами расчета конкретных объектов, состоит в том, что реализующиеся в биологических условиях у пептидов и белков пространственные формы всех остатков отвечают наиболее выгодным конформациям свободных монопептидов (см., например, рис. 11.23 и
11.24). Средние и дальние взаимодействия ни в одном случае не вступают в Противоречие с требованиями, диктуемыми ближними взаимодействиями. Последние определяют для каждого остатка набор дозволенных для него низкоэнергетических пространственных форм, которые поэтому являются универсальными в отношении последовательности. При свертывании пептидной цепи в нативную структуру только из таких наборов (см. табл.
11.17) происходит выбор (вначале под действием средних, а затем дальних взаимодействий) конформационных состояний всех остатков. Специфичной для пространственного строения любого пептида оказывается последовательность конформационных состояний остатков, а не сами состояния. Следовательно, ближние взаимодействия заранее известны. Это обстоятельство позволяет менять и контролируемым образом, сознательно формировать наборы разрешенных для аминокислотных остатков конформационных состояний, или, иными словами, эффективно и целенаправленно воздействовать на пространственную организацию пептидов и белков. Средние и дальние взаимодействия, напротив, всегда уникальны, как и сами аминокислотные последовательности. Они не поддаются прямым целенаправленным, прогнозируемым изменениям, результат их варьирования заранее неизвестен и трудно контролируем.
