Теоретическое исследование барьеров внутреннего вращения и механизма сворачивания белков

5. Из-за высоких барьеров вращения вокруг связей NCa и CaC в белках аминокислотные остатки обладают ограниченной способностью к конформационным изменениям, и возможностью находиться лишь в нескольких дискретных конформациях. Маловероятно, что неглициновые остатки могут приобрести конформацию с положительным значением угла вращения ц вокруг связи NCб из-за высоких барьеров вращения вокруг связей NCб, так как синтез белка на рибосоме происходит в конформации правой a-спирали. Стабильность нативной структуры и способности к ренатурации белков, избирательное каталитическое действие ферментов, а также эффективность сворачивания белков, скорее всего, обусловлены высокими потенциальными барьерами вращения вокруг связей NCa и CaC полипептидной цепи.

6. Установлено, - из анализа данных банка белковых структур о кристаллических структурах белков (PDB), что изменение функционального состояния, условий кристаллизации, кристаллизационной среды, кристаллической формы, а также мутации белка не приводит к изменению полярности конформации по углу ц неглициновых остатков. В наилучшим образом расшифрованных белковых структурах неглициновые остатки в положительных конформациях встречаются редко. Наличие в структуре белка заметного числа неглициновых остатков в положительной конформации указывает на присутствие локальных неточностей в расшифровке структуры, что может служить простым критерием оценки качества при расшифровке структуры белков традиционными методами рентгеновской кристаллографии и ЯМР. Эти результаты надежное косвенное экспериментальное подтверждение наличия достаточно высокого БВВ вокруг связей NCa в белках, на основе которых также может быть создан новый вычислительный подход для дополнительного уточнения белковой структуры.

II Полипептидная цепь белка вряд ли может приобрести состояние случайного клубка из-за высоких БВВ вокруг связей NCa и CaC так как понятие «случайный клубок» приемлемо, по определению, для свободносочлененных линейных макромолекул, в которых возможны свободные вращения. Белки не приобретают вид случайного клубка в сильно денатурирующих условиях в отличие от традиционных представлений, а обладают значительной упорядоченной структурой - общая закономерность, выявленная из систематизации результатов нового поколения точных экспериментов по денатурации белков. Вследствие этих данных, по-видимому, является недостаточно обоснованным представление процесса сворачивания белка как переход клубок - глобула.

III. Сравнительный анализ известных данных биофизики, физической химии и клеточной биологии в области протеомики свидетельствует о том, что удлинение белковой цепи на один аминокислотный остаток при биосинтезе происходит на порядки медленнее формирования элементов вторичной структуры и компактных состояний в развернутом полипептиде и предполагаемого для сворачивания белков времени. На этом основании, белки должны сворачиваться в процессе биосинтеза - котрансляционно - в соответствии со следующей схемой. Сворачивание белка происходит последовательными этапами, по мере выхода аминокислотных остатков синтезируемой полипептидной цепи из рибосомы. На каждом этапе формируется конкретная конформация N-концевой части цепи, выступающей из рибосомы, которая может измениться на следующем этапе. На всех этапах процесса, формирование структуры N-концевой части, а на последнем этапе - нативной конформации белка происходит по времени не более 0,01 секунды. Предложенный механизм подтверждается рядом биофизических экспериментов, а его универсальность - данными клеточной биологии.

Список основных публикаций

1. Башаров М.А., Волькенштейн М.В., Голованов И.Б., Ермаков Г.Л., Научитель В.В., Соболев В.М. (1984а). Связь-связевые взаимодействия. I. Простое соотношение для оценок связь-связевого взаимодействия. Ж. структ. химии 25, N1, 31-35.

2. Башаров М.А., Волькенштейн М.В., Голованов И.Б., Соболев В.М. (1984б). Связь-связевые взаимодействия. II. Барьеры внутреннего вращения в насыщенных органических молекулах. Ж. структ. химии 25, N1, 36-41.

3. Башаров М.А., Волькенштейн М.В., Голованов И.Б., Соболев В.М. (1984в). Связь-связевые взаимодействия. III. Барьеры внутреннего вращения в ненасыщенных углеводородах. Ж. структ. химии 25, N2, 3-8.

4. Башаров М.А., Волькенштейн М.В., Голованов И.Б., Ермаков Г.Л., Соболев В.М. (1984г). Связь-связевые взаимодействия. IV. Барьеры внутреннего вращения в альдегидах, кетонах, сложных эфирах, органических кислотах, амидах и аминокислотах. Ж. структ. химии 25, N2, 9-13.

5. Башаров М.А., Волькенштейн М.В., Голованов И.Б., Ермаков Г.Л., Научитель В.В., Соболев В.М. (1984д). Связь-связевые взаимодействия. V. Димеры молекул водорода и углеводородов различных классов. Ж. структ. химии 25, N3, 17-22.

6. Башаров М.А., Волькенштейн М.В., Голованов И.Б., Научитель В.В., Соболев В.М. (1986а). Роль электростатических взаимодействий в стабилизации б-спиралей пептидов. Докл. АН СССР 286, 1261-1264.

7. Башаров М.А., Волькенштейн М.В., Голованов И.Б., Лазарев Ю.А., Соболев В.М. (1986б). Нр-связи в амидах и пептидах. Докл. АН СССР 287, 211-215.

8. Башаров М.А., Волькенштейн М.В., Голованов И.Б., Гренадер А.К., Ермаков Г.Л. (1986в). Конформационный анализ и корреляционное соотношение структура-активность некоторых потенциально активных антиаритмиков лидокаинового ряда. Биофизика 31, 741-746.

9. Башаров М.А., Волькенштейн М.В., Голованов И.Б., Научитель ВВ, Соболев В.М. (1987а). Стабильность б-спиральной структуры олигопептидов. Молекулярная биология 21, 743-749.

10. Башаров М.А., Волькенштейн М.В., Голованов И.Б., Научитель В.В., Соболев В.М. (1987б). Роль Нр-водородных связей в стабилизации спиральных структур олигопептидов. Молекулярная биология 21, 1339-1345.

11. Башаров М.А., Волькенштейн М.В., Голованов И.Б., Научитель В.В., Соболев В.М. (1987в). Роль Нр-водородных связей и электростатических взаимодействий в стабилизации различных структур пептидов. В сб: Межмолекулярное взаимодействие и конформации молекул. Ред. Петропавлов Н.Н., Зоркий П.М., Пущино, 96-104.

12. Башаров М.А., Волькенштейн М.В., Голованов И.Б. (1988). Влияние боковых радикалов на структуру пептидов. Поверхности потенциальной энергии модельных дипептидов аланина и фенилаланина. Молекулярная биология 22, 1217-1225.

13. Башаров М.А., Волькенштейн М.В., Голованов И.Б., Научитель В.В., Соболев В.М. (1989а). Метод фрагмент-фрагментных взаимодействий. I. Краткое описание и документация метода для оценок межмолекулярных взаимодействий. Ж. обшей химии 59, 489-502.

14. Башаров М.А., Волькенштейн М.В., Голованов И.Б., Научитель В.В., Соболев В.М. (1989б). Метод фрагмент-фрагментных взаимодействий. II. Оценки внутримолекулярных взаимодействий. Ж. обшей химии 59, 503-512.

15. Башаров М.А. (1990). Некоторый взгляд на формирование пространственной структуры белков. Молекулярная биология 24, 1274-1282.

16. Башаров М.А. (1995а). Модифицированный метод фрагмент-фрагментных взаимодействий для изучения внутри- и межмолекулярных взаимодействий. Журнал физической химии 69, 1422-1426.

17. Башаров М.А. (1995б). Поверхности потенциальной энергии пептидов и конформации аминокислотных остатков в белках. Предварительные результаты обработки банка белковых структур. Биофизика 40, 260-273.

18. Башаров М.А. (1996). Роль стартовой конформации в формировании пространственной структуры белка. Отрицательные конформации неглициновых остатков в белковых структурах. Докл.Акад.наук 348, 115-118.

19. Башаров М.А. (1997а). Распределение конформаций аминокислотных остатков, встречающихся в трехмерных структурах белков. Анализ неглициновых остатков, находящихся в “положительных” конформациях. Биофизика 42, 753-764.

20. Башаров М.А. (1997б). Роль шаперонинов в сворачивании белков. Новая модель архитектуры строения GroEL/GroES комплекса. Биохимия 62, 489-498.

21. Башаров М.А. (2000а). Концепция посттрансляционного сворачивания белков: насколько она реалистична? Биохимия 65, 1400-1408.

22. Башаров М.А. (2000б). Котрансляционное сворачивание белков. Биохимия 65, 1639-1644.

23. Башаров М.А. (2002). Имеют ли синтетические белки отношение к проблеме сворачивания белков? Биофизика 47, 989-995.

24. Basharov, M.A. (2002). Protein folding: Chemically synthesized proteins. In: Recent Research Developments in Protein Folding, Stability and Design. M. Gromiha, S. Selveraj, Eds. (Research Signpost, Trivandrum, India), pp. 167-175.

25. Basharov, M.A. (2003). Protein folding. J. Cell. Mol. Med. 7, 223-237.

26. Basharov, M.A., Allakhverdiev, S.I. (2008). Expedience of protein folding modeling during progressive elongation of polypeptide chain. The Open Struct.Biology J. 2, 31-32.

27. Basharov, M.A. (2008). Protein folding: Requirement for simulations on the basis of sequential growth of polypeptides. Biochemistry: An Indian J. 2, 63-65.

Размещено на Allbest.ru