Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
Таким образом, имеющийся экспериментальный материал однозначно указывает на несостоятельность традиционного представления о пространственной организации глобулярных белков как ансамбля регулярных форм и на отсутствие общности в столь же распространенной искусственной классификации белковых структур на вторичные, супервторичные и третичные. Этот вывод, разумеется, не ставит под сомнение сам факт наличия в конформациях белков локальных структур основной цепи, в той или иной мере обладающих регулярностью.
2. Почти все эмпирические исследования структурной организации белка базируются на гидрофобной концепции Козмана, согласно которой белковая глобула состоит из гидрофильной внешней оболочки и гидро-
фобного ядра. "Одним из важнейших факторов, направляющих свертывание полипептидной цепи, - пишут авторы одной фундаментальной монографии, - является расположение полярных и неполярных боковых групп. По мере синтеза белка его многочисленные гидрофобные боковые группы стремятся собраться внутри белковой глобулы, что позволяет им избежать контакта с водным окружением (точно так же сливаются механически диспергированные в воде капельки масла). В то же время все полярные группы стремятся расположиться на поверхности молекулы белка, где они могут взаимодействовать с водой и другими полярными группами" [7. С. 133]. Не отрицая существования самого явления гидро-фобности и развитого Козманом представления об энтропийной сущности гидрофобных взаимодействий и наличия противоположных тенденций в поведении полярных и неполярных атомных групп в водном окружении, можно тем не менее утверждать, что описанная выше модель структурной организации белка абсолютно нереальна, так же как некорректно сопоставление свертывания белковой цепи с коагуляцией диспергированных капель масла или фосфолипидов клеточных мембран. Дисперсные частицы, образующие масляные капли, и молекулы фосфолипидов с четко выраженными полярными головками и гидрофобными хвостами свободны и поэтому в состоянии реализовать свое стремление собраться таким образом, чтобы свести контакты своих гидрофобных групп с водой к минимуму. Полярные и неполярные атомные группы боковых цепей и пептидные группы основной цепи белка не свободны и поэтому не могут следовать своим тенденциям и располагаться раздельно. Сказанное находится в полном согласии с экспериментом. Статистический анализ местонахождения различных аминокислот во внутренних областях и на поверхности глобул у нескольких десятков белков известного пространственного строения не обнаружил различий в распределении так называемых полярных и неполярных остатков [8]. Кроме того, по отношению к аминокислотным остаткам крайне условно само такое разделение, так как во многих из них полярные и неполярные атомные группы входят в одну боковую цепь и, следовательно, валентно связаны друг с другом.
Таким образом, структурная организация глобулярных белков не отвечает модели с гидрофобным ядром и гидрофильной оболочкой, а эффект гидрофобных взаимодействий не может быть использован для вывода полезных коррекций.
3. Общая для всех исследований рассматриваемого направления особенность состоит в стремлении авторов или вообще избежать, или крайне упростить учет взаимодействий даже между двумя соседними по цепи аминокислотными остатками. При эмпирическом подходе это неизбежно, поскольку признание значительной роли в формировании структуры белка межостаточных взаимодействий и порядка расположения аминокислот в цепи равносильно отказу от поиска простых корреляций. Действительно, при огромном множестве возможных комбинаций как аминокислотных остатков в последовательности, так и конформационных состояний каждого остатка количество подлежащих рассмотрению структурных вариантов настолько велико, что для их корректной статистической обработки было бы недостаточно опытных данных о нативных структурах
всех имеющихся в природе белков. Эта ограниченность статистического и любого другого эмпирического подхода является принципиальной. Она не оставляет никаких надежд на возможность решения таким путем задачи структурной организации белка в будущем, при накоплении большего экспериментального материала.
4. При эмпирическом подходе и обсуждении пространственного строения белковых молекул речь всегда идет лишь о конфигурации полипеп-тидной цепи при полном игнорировании конформационных возможностей боковых цепей аминокислотных остатков. Между тем, именно взаимодействия боковых цепей, в которые входят около двух третей атомов молекулы белка, ответственны в наибольшей степени за стабилизацию и уникальные физические и биохимические свойства нативной конформации природной гетерогенной аминокислотной последовательности. В силу этого обстоятельства на локальных участках белковой цепи в зависимости от аминокислотного порядка возможна реализация самых разнообразных структур, причем, главным образом, нерегулярных. Представление о том, что у гетерогенной последовательности наиболее компактными, энергетически предпочтительными во всех случаях оказываются только структуры с регулярной основной цепью, не подкрепляется физическими соображениями общего характера, противоречит экспериментальным данным и результатам теоретического анализа. У белков с нерегулярным расположением вдоль цепи боковых радикалов пространственные структуры с регулярными формами основной цепи, очевидно, не могут во всех случаях обеспечить максимальное число эффективных внутримолекулярных контактов, а поэтому не могут быть всегда самыми стабильными.
