Пространственная структура гомологов основного актина и α-актина 1 различна в. В. Соколик
жүктеу/скачать 1.71 Mb.
|
| ПРОСТРАНСТВЕННАЯ СТРУКТУРА ГОМОЛОГОВ ОСНОВНОГО АКТИНА И α-АКТИНА 1 РАЗЛИЧНА
В.В. Соколик ГУ «Институт неврологии, психиатрии и наркологии АМН Украины», Харьков, Украина Разработан новый способ моделирования пространственной структуры белка по детерминирующей его нуклеотидной последовательности. Вводится понятие конфигурации пептидной связи в качестве основного, кодируемого в геноме наряду с аминокислотами, элемента пространственной структуры белка. Представлена таблица генетического кода пространственной структуры белка, используя которую можно построить персональный структурный шаблон последовательности конфигураций пептидных связей белка, а также декодировать наличие и положение фрагментов его вторичной структуры. Установлена различная пространственная структура для основного актина и α-актина 1 с 91% идентичностью аминокислотных последовательностей и всего лишь с 35% схожести последовательностей конфигураций пептидных связей. В настоящее время алгоритмы моделирования пространственной структуры белка исходят из его аминокислотной последовательности [1]. В этом заслуга Anfinsen С.B., который первым указал на наличие взаимосвязи между последовательностью аминокислотных остатков и конформацией биологически активной молекулы белка: «…необходимая [для сворачивания белка] информация заключена в линейной последовательности аминокислот пептидной цепочки и никакой дополнительной генетической информации, больше той, что содержится в ДНК, не требуется» [2]. Поэтому дальнейшее развитие этого направления исследований вылилось в классификацию аминокислот по способности входить в состав определённых вторичных структур в зависимости от свойств их боковых цепей. В последнее время на основе анализа экспериментального материала и результатов физического моделирования были предприняты попытки найти генетический код пространственной структуры белка, по аналогии с генетическим кодом его аминокислотной последовательности [3]. Однако вновь всё свелось к характеристике аминокислотных остатков в зависимости от дуплета первых двух нуклеотидов кодона, при этом определяющая роль отводилась второму нуклеотиду триплета [4, 5]. Хотелось бы обратить внимание на то, что при обсуждении аминокислотной последовательности белка из понятия его первичной структуры невольно ускользает рассмотрение пептидных связей между аминокислотными остатками. Подразумевают, что они абсолютно одинаковые, а это не так. В данной работе вводится понятие конфигурации пептидной связи (КПС) в качестве основного, кодируемого в геноме, элемента пространственной структуры белка, а точнее его структурного шаблона. Привлекать понятие конфигурации химической связи, вообще, и пептидной, в частности, целесообразно для химической связи между двумя несимметричными группами атомов в сложной молекуле или полимере, как, например, в аминокислотах или белках (рис. 1). Известно, что различные пространственные формы молекулы, переходящие друг в друга путем вращения вокруг σ-связей С–С, называют ротамерами или поворотными изомерами [6]. Три аминокислоты (серин, лейцин и аргинин) имеют ротамеры, для которых предусмотрены разные кодоны [7]. В молекулах глицина или аланина варианты конфигураций химических связей неотличимы друг от друга вследствие отсутствия или симметричности их боковых цепей (рис. 1).
Рис. 1. Кольцегранные модели поворотных изомеров серина. Глицин и аланин не имеют поворотных изомеров. Маркировка ротамеров аминокислот соответствует первоисточнику [7]. Для остальных аминокислот теоретически возможно не менее трех поворотных изомеров по С-С связи, присоединяющей их боковые цепи к остову молекул. Однако в геноме кодируется только один из них, обладающий наибольшей стабильностью вследствие заторможенной конфигурации, в отличие от менее стабильных заслонённых. Показано, что энергетические барьеры, разделяющие ротамеры, не превышают ~100 кДж/моль, поэтому времена их жизни в индивидуальном состоянии ~10-5—10-13 с [8]. Это делает бессмысленным детерминирование в геноме определённого варианта ротамера аминокислотного остатка, если не принять во внимание, что в составе полипептида он дополнительно фиксирован внутримолекулярными водородными связями. Аналогичным образом на примере кольцегранных моделей димера аланина были выделены три варианта КПС R, 0 и L (рис. 2). Присоединяемая к фиксированной нижней модели аланина верхняя модель этой аминокислоты имеет три варианта оринтации в пространстве относительно оси симметрии, проходящей через пептидную связь.
Рис. 2. Варианты конфигураций пептидной связи (R – правая, 0 – нулевая и L - левая) в трёх базовых разновидностях вторичных структур белка на примере кольцегранной модели полиаланина. Х и Y – первый и второй нуклеотиды кодирующего аминокислоту триплета. Стрелкой обозначена виртуальная ось симметрии поворотных изомеров по пептидной связи. Далее, на примере кольцегранной модели полиаланина установили, что повторение в полипептиде R-конфигурации пептидной связи заставляет его аминокислотную цепочку сворачиваться в правую спираль без какого-либо дополнительного участия боковых цепей аминокислотных остатков. Повторение 0-конфигурации – в β-тяж, а повторение L-конфигурации – в левую спираль (рис. 2). Чередование R, 0 и L-конфигураций пептидных связей обусловливает неупорядоченный участок полипептидной цепи или выпетливание между фрагментами с вторичной структурой. Как же кодируется структурный шаблон пептидных связей белка и как этот код реализуется? На основе эмпирической таблицы композиционного генетического кода [7] автором данной работы была составлена таблица генетического кода пространственной структуры белка (табл. 1). В отличие от прототипа [7], где кодону аминокислотного остатка соответствует один из четырёх вариантов абстрактных значений композиционного кода (1, 2, 3 или 4), в таблице генетического кода пространственной структуры белка каждому кодону аминокислотного остатка поставлен в соответствие один из трёх вариантов КПС (R, 0 или L). Четвёртый вариант КПС в рамках кольцегранной модели белка структурно не предусмотрен.
Примечание: КПС – конфигурация пептидной связи; XYZ – первый, второй и третий нуклеотиды в кодоне; R, 0, L – варианты конфигурации пептидной связи; Т – стоп-кодон; Serλ и Serθ, Leuλ и Leuθ, Argt и Argb – поворотные изомеры серина, лейцина и аргинина, кодируемые различными дуплетами нуклеотидов кодонов, соответственно. Маркировка ротамеров аминокислот соответствует первоисточнику [7]. Таким образом, использование таблицы генетического кода пространственной структуры белка даёт возможность по детерминирующей его нуклеотидной последовательности построить структурный шаблон последовательности КПС, а также декодировать положение фрагментов вторичной структуры. Это значит, что можно построить структурный шаблон индивидуально для любого неизвестного белка лишь “прочитав” детерминирующую его нуклеотидную последовательность. Визуализировать структурный шаблон, а точнее ход основной полипептидной цепи, можно в графическом редакторе Ggenedit.exe., в основе алгоритма которого лежит соответствие между кодонами и вариантами КПС, которые детерминируют углы в композиции смежных аминокислотных остатков. Данные углы являются следствием изгиба полипептидной цепи на границах плоскости пептидных связей, а не отклонения самой планарной пептидной связи от плоскости пептидных групп в результате изгиба. Кроме этого, наблюдается поворот по оси пептидной связи в композиции смежных аминокислотных остатков.
Два гомологичных белка основной актин и α-актин 1 (файлы UniProtKB/Swiss-Prot P07830 и P68133 (ACTS_HUMAN) из Protein Data Bank) со степенью идентичности аминокислотных последовательностей 91% характеризовались только 35% схожести последовательностей КПС. Это значит, что такие гомологи обладают различной пространственной структурой и ни о каком общем шаблоне для её моделирования речи идти не может. Структурные шаблоны для основного актина и α-актина 1 должны быть индивидуальными (табл. 2) с учётом специфики последовательности конфигураций пептидных связей. Список литературы
жүктеу/скачать 1.71 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
