ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Общие принципы формирования структуры белка из "Конфирмации органических молекул" Рассматривая конформации сравнительно простых олигопептидов, мы уже сталкивались с проблемой многих минимумов, осложняющей отыскание оптимальной структуры. Применительно к потенциальным функциям глобулярных белков эта проблема становится еще более острой. В самом деле, потенциальная функция лизоцима — белка, состоящего из 129 остатков,— должна иметь не меньше, чем 3 локальных минимумов, а скорее всего еще больше из-за влияния дальних взаимодействий. Следовательно, главная цель должна заключаться не просто в поиске минимума, а в предсказании той небольшой области 258-мерного пространства (ф, 1 з), которая соответствует глобальному минимуму (строго говоря, следует искать минимум свободной энергии). [c.392] Результате рентгеноструктурного анализа, х — вычисленные координаты, g — весовой фактор. [c.393] При слишком больших значениях весового фактора структура мало уточняется, поскольку нет возможности далеко уйти от нулевого приближения при слишком малых значениях появляется реальная опасность выйти за пределы локального минимума, соответствующего экспериментальной структуре. Однако интересно, что варьирование g в достаточно широких пределах приводит к примерно одинаковым результатам. Это означает, что конформационный анализ дает вполне надежные сведения о пространственной структуре и является важным вспомогательным инструментом при уточнении. Действительно, в уточненной структуре лизоцима значения всех валентных связей и углов близки к стандартным, тогда как в структуре, рассчитанной по координатам атомов, нередко встречаются слишком короткие или слишком длинные связи и необычные значения валентных углов. [c.393] Конечно, описанная здесь процедура уточнения очень важна, и надо полагать, что в дальнейшем она будет проводиться одновременно с расшифровкой новых белков. Но если мы желаем предвидеть пространственную структуру белка, не проводя никаких экспериментов, кроме чисто умозрительных или машинных, то основной трудностью остается выделение небольшой области притяжения глобального минимума в пространстве (ф, г] ). [c.393] Конформационные расчеты небольших фрагментов могут дать очень многое, но далеко не все для предсказания структуры белка. Располагая информацией относительно оптимальной геометрии каждого пептидного фрагмента или их трипептидных комбинаций, мы могли бы в идеале предсказать конформацию нерегулярного полипептида по его аминокислотной последовательности. Однако это не просто по нескольким причинам во-первых, для некоторых остатков две конформации дипептидного фрагмента или соответствующего метиламида N-ациламинокислоты почти одинаково выгодны (по расчетам [1311 — это Arg и Lys) во-вторых, довольно большие неопределенности, вследствие своей конформационной свободы, вносит Gly в-третьих, даже небольшие разбросы в углах вращения (3—5°) и валентных углах (1—2°) приводят к сильному расплыванию на больших расстояниях в-четвертых, при некоторых оптимальных комбинациях углов вращения удаленные вдоль цепи остатки могут оказаться в одной области пространства. Всего этого, вероятно, уже достаточно, чтобы пространственная структура белка формировалась в результате дальних взаимодействий за счет гидрофобных эффектов. [c.393] На самом же деле большинство белков после ренатурации восстанавливает далеко не все свои свойства, и если их функциональная активность сохраняется, то это не означает, что конформация белка осталась неизменной. Например, в работе [135] показано, что во многих белках (аргиназа, гексакиназа, дезоксирибонуклеаза, химотрипсиноген, уреаза, пепсин, лизоцим и др.) процесс денатурации развивается в две стадии, первая из которых соответствует повышенной свободе движения боковых радикалов, а вторая—необратимой перестройке структуры белка. Достоверно известно лишь, что один из наиболее спиральных белков — миоглобин — практически полностью восстанавливает все свои физико-химические свойства [136]. По-видимому, для большинства белков, в особенности тех, в которых нерегулярные участки велики, характерна утрата тех или иных свойств после ренатурации, и потому можно предположить, что их нативная структура отвечает метастабильной конформации, устанавливаемой в процессе синтеза белка на рибосоме. [c.394] На самом деле в формировании пространственной структуры белка, по-видимому, участвуют оба механизма — с одной стороны, стремление каждого аминокислотного остатка (как пептидной единицы) сохранить свойственную ему конформацию (при этом формируется вторичная структура, состоящая из спиралей, р-структур и нерегулярных участков), а с другой стороны — такие взаимодействия отдельных участков вторичной структуры, которые приводят к выполнению оптимальных условий для гидрофобных сил. Вот почему в этой области создалась такая редкая для науки ситуация, когда имеется эксперимент, но нет ни одной конструктивной теории, которая могла бы его объяснить и предсказать. [c.395] Несмотря на то, что от работы Уотсона и Крика нас отделяют всего лишь два десятилетия, представления о ДНК, как о двойной спирали, давно уже стали классическими. Последующие физико-химические исследования нуклеиновых кислот и их компонентов, в том числе рентгеноструктурные исследования, подтвердили эти представления, однако в то же время они дали много нового для понимания биологических функций нуклеиновых кислот, и притом именно на уровне стереохимии. [c.400] Открытие Уотсона и Крика касается только двухтяжевых ну-клеиновых кислот. Вместе с тем в некоторых фагах были найдены однотяжевые ДНК, что следует хотя бы из того факта, что в этих макромолекулах содержание аденина не равно содержанию тими-на, а содержание гуанина — содержанию цитозина [1]. Существование РНК в однотяжевой форме общеизвестно [2]. Особый интерес представляет проблема конформаций тРНК— однотяжевых полинуклеотидов, состоящих из 75—85 мономерных единиц и играющих важнейшую роль в механизме синтеза белка на рибосоме [3]. Следовательно, вопрос о конформациях однотяжевых полинуклеотидов важен не только для понимания строения и функции обычных нуклеиновых кислот, но имеет и самостоятельное значение. [c.400] Вернуться к основной статье