Методы сравнения третичных структур

МЕТОДЫ СРАВНЕНИЯ ТРЕТИЧНЫХ СТРУКТУР [c.114]

Естественно, что все аналогичные методы связаны с применением ограничений и условий, так как искомое решение должно соответствовать определенной траектории в изучаемом конформационном пространстве. При этом следует специально позаботиться о том, чтобы траектория поиска захватывала все наиболее важные конформации (например, а-спираль) и проходила достаточно близко от всех возможных решений. В этом отношении выбор-эллиптической траектории представляется достаточно спорным, хотя при этом и есть возможность охватить поиском конформации типа а-спирали,. р-слоя и -изгиба. [62]. Существует, конечно, опасность, что в белке, для которого ведется предсказание третичной структуры, конформация какого-нибудь аминокислотного остатка лежит в стороне от эллиптической траектории поиска и по этой причине может быть вообще не включена в рассмотрение. Тем не менее современное состояние метода допускает небольшие отклонения в конформациях остатков, если при этом сохраняется общий ход белковой цепи. Более того, зачастую бывает, что значительные отклонения в конформации одного остатка компенсируются изменениями положения прилегающих остатков, так что общий профиль белковой молекулы сохраняется. Это было показано введением эллиптических ограничений на конформацию каждого аминокислотного остатка в белках с последующей минимизацией среднеквадратичного отклонения координат локализации атомов (обычно это Са-атомы) от экспериментальных значений. Для ряда белков получено весьма низкое значение среднеквадратичного отклонения положений атомов, равное 1 1,1 А, что представляется весьма убедительным в сравнении с отклонением в 4Ч-6 А, получаемым при предсказании структур белков с помощью обычной процедуры минимизации энергии. [c.584]

Наиболее заманчиво использовать информацию об аминокислотной последовательности для предсказания третичной структуры белковой молекулы, а отсюда, возможно, и ее функции. Некоторые принципы и положения, применяемые для решения этой задачи, изложены в гл. 5. Здесь мы приведем один результат, который иллюстрирует современное состояние этой области исследования. На рис. 2.14 проведено сравнение трехмерной структуры ингибитора трипсина из поджелудочной железы быка, определенной методом рентгеноструктурного анализа, с модельной структурой, построенной на основании данных об аминокислотной последовательности, в которых использовалась информация о термодинамике взаимодействий между аминокислотными остатками. Исходной считалась вытянутая конформация. Чтобы проследить процесс укладки молекулы, рассчитывали силы, действующие между различными остатками, полученные из данных об энергии их взаимодействия. В результате достигли неплохого качественного согласия между [c.71]

Третичные структуры многих белков определены методом рентгеноструктурного анализа. Было бы весьма полезно, хотя это и трудно сделать, провести тщательное сравнение таких структур между собой. Если третичные структуры очень похожи, визуальное наблюдение позволяет расположить их в одинаковой ориентации и при этом сразу можно обнаружить отдельные различия. Сравните, например, структуры нескольких сериновых эстераз или а- и (3-субъединиц гемоглобина и молекулы миоглобина. Чем сильнее различия, тем труднее обнаружить сходство структур. Становится невозможно найти ориентации двух молекул, которые облегчили бы сравнение. Компьютер может методом проб и ошибок найти ориентации, при которых структуры имеют максимальное сходство, но это иногда приводит к потере интуитивного чувства структуры у исследователя. Для [c.114]

Вирусные белки могут быть получены генно-инженерным методом, однако нужно учитывать следующие моменты. Как правило, вирусные белки состоят из нескольких полипептидных цепей, в ряде случаев химически модифицированных, Не только в бактериальной, но и в дрожжевой клетке нет структур, осуществляющих созревание таких белков. Следовательно, микробные клетки могут продуцировать только отдельные полипептидные цепи. Это резко снижает или сводит на нет их иммуногенность, которая определяется конформационными антигенными детерминантами, формирующимися в процессе образования третичной или четвертичной структуры белка. Ограниченное применение вирусных белков-антигенов относится к белкам HBS-вируса гепатита В человека и белка УР вируса ящура. HBS-антиген, синтезируемый дрожжевыми клетками, давал иммунный ответ, хотя и меньший по сравнению с инактивированным вирусом, однако достаточно высокий. Образовавшийся белок не секретировался из клеток, а в процессе их разрушения и вьщеления антигена выход его значительно снижался, что ставило под сомнение всю технологическую схему [c.504]

Применение этого метода для исследования порфириновых фракций позволило сделать еще один принципиально важный вывод о структуре порфириновых молекул, а именно выявить наличие Б их составе разветвленных алкильных цепей. Об этом свидетельствуют две особенности спектров метастабильных ионов. Первая заключается в том, что, за редким исключением, наиболее интенсивный пик в спектре соответствует элиминированию метильного радикала даже у более высокомолекулярных гомологов. При отсутствии разветвления следовало ожидать смещения максимальной интенсивности дочернего иона в сторону отщепления более длинных радикалов при возрастании молекулярной массы гомолога. Вторая особенность, подтверждающая наличие разветвления, проверяется в присутствии аномально высокого-количества ионов, соответствующих элиминированию радикалов, с двумя и более, до 6—8 атомов углерода в высокомолекулярных порфиринах. Эту особенность можно связать с более легким расщеплением р-связи третичного атома углерода в разветвленных цепях по сравнению с вторичными — в линейных. [c.351]

Известна последовательность еще одного участка КПВ, содержащего сульфгидрильную группу [156]. Единственный остаток цистеина в КПВ алкилируется иодацетамидом в отсутствие восстанавливающих агентов при условии, если удален цинк. Таким образом, для КПВ химические данные более определенно указывают на то, что цистеин служит лигандом цинка. Однако последовательность [157] вокруг этого остатка цистеина гомологична последовательности КПА не в районе третьего лиганда цинка (His-196), а в начале спирального участка у С-конца. Остаток цистеина соответствует остатку А1а-290, а-углеродный атом которого удален от атома цинка на 11 А. Если считать, что химические данные доказывают участие цистеина в связывании металла, то возникает следующая дилемма или две высокогомологичные последовательности расположены в двух белках в разных положениях, или их третичные структуры не одинаковы. Объяснение противоречия может заключаться в том, что остаток цистеина, как и А1а-290, спрятан внутри молекулы и вступает в реакцию только после некоторого ее разворачивания, вызываемого удалением цинка. Скорее всего, цистеин не является лигандом цинка, однако обращение к истории установления природы лигандов металла в КПА (разд. 3.3.2) показывает, что разумнее отложить этот вопрос до установления полной первичной структуры КПВ и сравнения третичных структур прямыми методами. [c.553]

В последние пять лет были получены многие важные результаты в связи с чем неуклонно возрастала вера в то, что проблема укладки белковой молекулы будет решена уже в ближайшем будуш,ем. В настоящем обзоре оказалось невозможным обсудить в полном объеме перспективы указанной проблемы выскажем лишь некоторые соображения на этот счет. Необходимо заметить, что не все исследователи придерживаются одной точки зрения относительно главного направления предстоящих исследований. Например, Левитт и Шерага считают, что для успешного моделирования пространственной укладки белка весьма полезно использовать экспериментальные сведения о конформационных возможностях объекта. Очень информативны в этом отношении данные ЯМР, из которых легко можно получить многие межатомные расстояния в молекулах белков. В этом случае проблема заключается в том, чтобы обойтись минимумом экспериментальных сведений для достижения результата. Ясно также, что с развитием теории таких сведений будет требоваться все меньше и меньше. Во-вторых, в лаборатории автора было показано, что метод предсказания третичной структуры полностью применим к минибелкам , т. е. биологическим пептидам, содержащим до десяти аминокислотных остатков. Качество предсказания для белков длиной 100—200 остатков должно находиться в соответствии с назначением результата. Например, было показано, что достаточно приближенные расчеты вполне применимы для целей конструирования искусственных пептидных вакцин, которые после присоединения к молекуле-носителю приобретают имму-ногенные свойства и начинают производить антитела против изучаемого пептида. Можно надеяться также, что предварительное моделирование пространственной структуры задолго до получения исчерпывающих кристаллографических данных об объектах окажется полезным в биотехнологических исследованиях. Поэтому появление все большего числа работ, по-священных белкам с неизвестной третичной структурой, представляет гораздо больший интерес по сравнению с академическими, методическими работами, касающимися бе лков с уже имеющимися подробными данными о конформации. Фармакологов, нейрохимиков, иммунологов и генных инженеров как раз весьма мало интересуют расчеты белков с хорошо известной из эксперимента пространственной структурой для этих групп ученых крайне важны предсказательные расчеты белков, которые ими изучаются. [c.599]

Многообразие первичных последовательностей мРНК из клеток эукариотов (см. разд. 22.4.4) создает очень много возможностей для предположений о вторичной структуре РНК. Однако они невелики по сравнению с разнообразием, которое возможно для вирусов. Полная первичная последовательность РНК бактериофага М82 была опубликована в 1976 г. Она содержит цепь из 3569 нуклеотидов, и вторичная структура только одной половины цепи занимает двойную страницу в оригинальной публикации [72]. В качестве иллюстрации приведем возможную вторичную структуру 179 нуклеотидных остатков З -конца РНК вируса (52). Она содержит 55 пар оснований, 43 из которых представлены О-С-парами, обеспечивающими около 60% спиральности этого фрагмента структуры. Даже при примерно 70% спиральности, достигаемой во вторичной структуре всего вируса, методами рентгеноструктурного анализа удается лишь приблизиться к проблеме третичной структуры, по крайней мере в настоящее время. [c.63]

Сульфгидрильная функциональная группа белков играет, как известно, важную роль в механизмах функционирования определенных ферментов. Поскольку большинство этих ферментов содержит несколько 5Н-групп, идентифицировать именно ту сульфгидрильную группу, которая непосредственно осуществляет каталитическую функцию, и определить ее место в аминокислотной цепи — довольно трудная задача. В некоторых благоприятных случаях каталитически активная 5Н-группа оказывается также наиболее химически активной, что может быть обусловлено ее незащищенным положением в третичной структуре фермента или ее окружением. Добавление одного эквивалента реагента на 5Н-группу, меченного радиоактивным изотопом, должно привести к тому, что помстится интересующая нас ЗН-группа. Однако 5Н-группа в активном центре может обладать такой же или меньшей реакционной способностью по сравнению с другими 5Н-групнами, и ее удается пометить лишь при помощи какого-нибудь остроумного метода. Если 5Н-груп-па, непосредственно участвующая в каталитическом акте, защищена субстратом от алкилирующих агентов, то после предварительного алкилирования всех остальных 5Н-групп в присутствии субстрата и последующего удаления избытка немеченого алкилирующего агента и субстрата ее можно пометить алкилирующим соединением, содержащим радиоактивную алки-лирующую группу. Этот прием используют только с нативным ферментом, поскольку добавление денатурирующего агента приводит к изменению укладки полипептидной цепи и нарушению специфической конформации активного центра, в результате чего субстрат не в состоянии защитить каталитически активную 5Н-группу, Алкилирующими агентами, удобными для проведения такого рода экспериментов, оказал ись С-иодацетамид и [c.479]

Дальнейшая работа Д. Кендрью при разрешающей способности в 2 А привела к выяснению новых подробностей вторичной конфигурации полипептидной цепи миоглобина. Это представлялось чрезвычайно важным, так как могло привести исследователей к установлению закономерностей образования третичной структуры белков. Сам Кендрью сначала даже не предполагал, Что удастся идентифицировать и боковые радикалы. Но, как он сказал на V Международном конгрессе по биохимии в 1964 г., результаты превзошли все ожидания, поскольку оказалось возможным различать на рентгенограмме отдельные боковые цепи в виде оптически более плотных участков, отходящих от основной спиральной цепи. Более детальное их исследование зачастую позволяет довольно точно идентифицировать боковые цепи иногда остаются семнения в абсолютной правильности этой идентификации, но во всяком случае при установлении строения боковых цепей уже можно выбирать всего Из двух или трех возможных вариантов [23]. Такая высокая разрешающая способность позволила ученому точно идентифицировать около одной трети всех боковых радикалов, а остальные две трети — с бчень большой степенью вероятности [23]. Эти результаты говорили сами за себя — наука очень близко подошла к возможности непосредственного определения последовательности аминокислотных остатков в молекулах глобулярных белков методом лишь одного рентгшоструктурного анализа. Кендрью сообщил о сопоставимости результатов рентгеноструктурного анализа с предварительными результатами, полученными другими авторами при помощи чисто химических методов. Так было проведено сравнение последовательности аминокислотных остатков пептидов, выделенных из миоглобина. Кендрью обнаружил, что почти все полученные таким образом пептиды могут быть размещены вдоль полипептидной цепи построенной им модели, причем этот порядок размещения соответствовал порядку размещения пептидов вдоль цепи, предложенному на основании химического анализа. Несмотря на некоторые противоречия и несовпадения, можно надеяться, что увеличение разрешающей способности метода позволит однозначно решать вопрос о последовательности аминокислотных остатков с применением только рентгеноструктурного анализа. [c.152]

Различными методами было показано, что ли 1ейная нативная ДНК имеет довольно рыхлую, не очень гибкую третичную структуру. При высоком молекулярном весе, когда длина цепи становится большой по сравнению с радиусом кривизны, форма молекулы более или менее симметрична. Это моншо предсказать из формы двух кривых, приведенных на фиг. 1, а также из значений а и а,, для нативной ДНК, приведенных в табл. 2. При низких значениях молекулярного веса Оз приближается к 0,3, а а -к 1,3, что характерно для молекул с сильно выраженной асимметрией. При более высоких значениях молекулярного веса а становится равным 0,4, а От — 0,7, что гораздо блинке к значениям, характерным для сим-д етричных молекул — аз = 0,5 и ащ =0,5. Хотя третичная структура двухспиральной ДНК не столь гибкая, как одноцепочечной, вискозиметри-чески было показано, что структура эта зависит от концентрации противоионов (в области 0,1 —1,0 М), от их природы и от температуры в диапазоне 40° ниже температуры плавления [87, 130, 131]. Для ДНК с молекулярным весом 10 зависимость эта не столь сильно выражена, но при молекулярном весе 10 она достаточно отчетлива. [c.245]

Сравнение кинетики сворачивания родственных блоков, полученных методом генной инженерии и отличающихся между собой аминокислотным составом боковых цепей, позволяет подойти к определению структуры промежуточных состояний при сворачивании. Незначительные изменения в боковых цепях белка мутантов не нарушают общей картины сворачивания, но выявляют роль определенных взаимодействий в этом процессе. Анализ более 120 мутантов, включающих изменение более половины боковых цепей барназы (РНК-аза белок со 110-ю остатками), подтвердил определяюшую роль гидрофобных взаимодействий в стабилизации зародышей вторичной и третичной структуры (Фершт, 1993). По-видимому сворачивание в барназе начинается на N-кoнцe, образующем а-спирали, и центральной -шпильке, которые затем притягиваются и стабилизируются гидрофобным взаимодействием. При сохранении общего направления сворачивания основной последовательности возможны небольшие различия в структуре интермедиатов, отражающие роль боковых цепей. В целом становится ясным, что в белках вторичная структура служит блоком при формировании третичной структуры и должна поэтому быстро образовываться и быть относительно стабильной, чтобы прожить достаточно долго. Начало формирования третичной структуры связано с образованием инициирующей шпильки из соседних по цепи сегментов. Это требует фиксации структуры двух структурных сегментов и большой затраты энергии и поэтому невыгодно с энергетической точки зрения. [c.214]

Обширное статистическое исследование структуры белков предприняли в 1974 г. П. Чоу и Г. Фасман [98, 99]. Как и в предшествующих аналогичных исследованиях, ставится задача предсказать вторичные структуры (а-спираль, -складчатый лист) и клубковое состояние и на этой основе описать третичную структуру. В стабилизации регулярных форм большая роль отводится пептидным водородным связям, которые и послужили критерием в определении границ вторичных структур в известных конформациях белков. Из частот появлений каждого аминокислотного остатка в а-спиралях (f ), их внутренних витках (faj), складчатых листах (f ) и клубках (f ,) рассчитаны соответствующие конформационные параметры Рц, P j, P и Р .. Метод определения этих параметров исключает учет в явном виде влияния взаимодействий между остатками. Значения Рц оказались близкими значениям s теории Зимма и Брэгга, полученным для поли-а-аминокислот. Из частотного анализа остатков на границах спиральных и -структурных областей найдены характеристики остатков, инициирующих и терминирующих вторичные структуры. Заряженные остатки с наибольшей частотой появляются на N- и С-концах спирали и, как правило, отсутствуют в -структурных областях. Частоты появления остатков на концах спиралей могут быть скоррелированы со значениями параметров инициации Зимма и Брэгга — а. П. Чоу и Г. Фасман предложили механизм свертывания белковой цепи в глобулу, согласно которому спиральная нуклеация начинает зарождаться в центре фрагмента с наибольшими у остатков значениями Р и затем распространяется в обоих направлениях вплоть до спиралеразрывающих остатков с малыми значениями Р [99]. Аналогичным образом происходит формирование -структурных нуклеаций. Авторы считают, что при P > Рц образование -структур становится более предпочтительным по сравнению с а-спиралями. Аминокислоты были классифицированы на две группы, состоящие из шести подгрупп, начиная с сильных а (или )-образуюпщх остатков и кончая a( )-paзpывaющими остатками. [c.258]

История исследований белков, по сравнению с другими классами природных соединений, наиболее богата событиями и открытиями, поскольку эти вещества вездесущи в живой природе, очень многообразны и наиболее сложны по структуре. Кроме того, их сложность и большие молекулярные размеры сочетаются с низкой устойчивостью и трудностью индивидуального выделения. Но к настоящему времени многие барьеры на этом пути преодолены. Достаточно быстро и надежно хроматографически определяется аминокислотный состав белков и последовательность их соединения между собой рентгеноструктурный анализ позволяет установить пространственную структуру тех белковых молекул, которые удается получить в виде кристаллов различными вариантами метода ЯМР успешно исследуется поведение белков в растворах, в процессах комплексообразования, т.е. в ситуации, близкой к той, которая имеет место в живой клетке. В настоящее время принято различать четыре структурных уровня в архитектуре белковых молекул первичная,вторичная,третичная и четвертичная структуры белков. [c.94]

Б. Рост и К. Сандер решение видят в отказе от предсказания конформационных состояний отдельных остатков последовательности в пользу вторичных структур у целых сегментов, используя данные о гомологичном белке, трехмерная структура которого известна [222]. Сравнение 130 пар структурно гомологичных белков с отличающимися аминокислот-яыми порядками показало, что значительное отклонение в положениях и цлинах сегментов вторичных структур во многих случаях может происходить в пределах приблизительно одинаковых пространственных форм свернутых цепей. Иными словами, отличия в двух близких аминокислотных последовательностях в большей мере отражаются на вторичных структурах, чем на третичных. Поэтому, полагают авторы, важна не локализация а-спиралей, -складчатых листов, -изгибов и Р-петель с точностью до одного аминокислотного остатка, а их ориентировочное отнесение, совместимое с нативной конформацией гомологичного белка, установленной экспериментально. Включение информации о белковых семействах ведет к увеличению показателя качества Q3 до 70,8%, что соответствует точности экспериментального определения вторичных структур с помощью спектров КД. Однако в развитом Ростом и Сандером методе упрощение проблемы предсказания вторичных (ГГруктур и на их основе третичной столь велико и бесконтрольно, что грани между благими желаниями авторов, субъективным восприятием полученных результатов и декларируемыми количественными показателями точности становятся неразличимы. [c.519]

Для изучения структуры твердых солей, а также растворов можно использовать колебательную инфракрасную и Раман-(комбинационного рассеяния) спектроскопию [30]. Эти методы позволяют получать данные о симметрии молекул и определять силовые постоянные различных типов колебаний. Так, простота инфракрасного спектра циклогептатриенилбромида, трихлорцикло-пропенилтетрахлоралюмината и трифенилметильных солей свидетельствует, что эти соединения обладают очень симметричными структурами (соответственно О /, и О н)- Силовые постоянные, определенные для двух ароматических ионов, образуют ряды, согласующиеся с рядом для бензола, и коррелируют с кристаллографическими длинами связей С—С. Карбениевые ионы обычно характеризуются поглощением в области 1250—1550 см (табл. 2.7.8), достаточно интенсивным за счет больших изменений дипольного момента при возбуждении. Сравнение ИК- и Раман-спектров ряда третичных алкил-катионов позволяет провести полное отнесение полос поглощения. В частности, спектр грег-бутил-катиона аналогичен спектру изоэлектронного ему триметилбора и [c.526]

Методы синтеза и реакции спиртов очень многочисленны. Обычный способ получения спиртов сводится к гидролизу алкилгалогенидов. Выбор конкретных условий реакции зависит от структуры алкилгалогенидов. Гидролиз первичных галогенопроизводных, которые реагируют по 52у2-механизму, легче осуществляется в щелочной, чем в кислой или нейтральной средах, так как гидроксил-анион является гораздо более сильным нуклеофильным агентом по сравнению с водой. Напротив, третичные галогенопроизводные в щелочной среде образуют спирты лишь с незначительным выходом, в качестве главного продукта получается продукт реакции отщепления олефин (см. гл. 5). Заметные количества третичных спиртов можно получить в больщинстве случаев путем простого гидролиза водой без добавления других реагентов. [c.78]

Значения сечений процессов тушения и состав продуктов реакции сенсибилизированного разложения алканов удается разумно объяснить на основе структуры молекул и радикалов, возникших при первичном акте. Дарвент [46а] показал (1950 г.), что сечение процесса тушения парафинами можно оценить, приписав отдельным фрагментам СНз, СНз и СН определенные значения сечений, представляющие собой сумму отдельных инкрементов. Значительно большая эффективность тушения третичной группы СН, по сравнению с вторичной или первичной связью, видна из значений од для к-СбН12, М30-С5Н12 и нео-С Ихг- 13,4, 17 и 2,1 соответственно (метод II, табл. 2-3). [c.77]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология