Принципы структурной организации белков - Г. Шульц 1982

Предсказание вторичной структуры по аминокислотной последовательности
Вероятностные методы
Склонность остатка встраиваться во вторичную структуру

Простейший подход состоит в рассмотрении каждого остатка отдельно, без учета его ближних или дальних соседей. Простейший, чисто статистический подход был применен Дирксом [338, 339]. Он определил частоту встречаемости каждого из 20 остатков в а-спиралях, ß-структурах и реверсивных поворотах цепей (rt), используя кристаллографические структуры белков. Эти частоты были затем приняты в качестве характеристик, отражающих «склонности остатков встраиваться в a-, ß- и rt-конформации». В качестве примера в табл. 6.2 приведены данные Диркса, касающиеся тенденции остатков встраиваться в ß-структуру.

Для предсказания а- (ß-, rt-) структуры остатка в каждом положении цепи рассчитывался «потенциал* a-(ß-, rt-)y» как средневзвешенное a-(ß-, rt-)-склонностей m ближайших по цепи остатков. Как только потенциал a-(ß-, rt-) превышал некоторое пороговое значение, для остатка предсказывалась a-(ß-, гt-)-конформация. Таким образом, такая потенциальная функция была предназначена для ответа на вопрос — «да» или «нет». Схема определения средневзвешенного фиксировалась. Три пороговые величины, а также значение m были выбраны по наилучшему совпадению предсказанной и наблюдаемой вторичной структуры в исходном наборе. Оптимальные значения т равны 17, 11 и 3 соответственно для a-, ß- и rt предсказаний. Понятие «склонность остатка», имеющее основное значение, и следуемое из него понятие «потенциал остатка» будут использоваться в этой главе именно в определенном выше смысле.

* Термин «потенциал» здесь использован, разумеется, не в физическом, а в более широком смысле. — Прим. ред.

Таблица 6.2 Относительная частота встречаемости остатков в ß-структурах и реверсивных поворотах rt^a

^а Наблюдаемые частоты встречаемости использованы в качестве характеристик склонности. В номенклатуре Кунтца Т означает, что соответствующий остаток стремится встраиваться в повороты цепи.

В реверсивных поворотах цепи следует учитывать относительное положение остатка. Информация только об отдельных остатках (синглетах) была использована также для предсказания реверсивных поворотов. Льюис и сотр. [326] определили реверсивные повороты пептидной цепи как фрагменты из четырех остатков i, і + 1, і + 2, і + 3, в которых расстояние между С_а-атомами в положениях і и i + 3 меньше 7 Å, а цепь при этом не находится в а-спиральной конформации. Однако в отличие от Диркса четыре положения в повороте не считались эквивалентными. Частоты встречаемости, определенные для каждого остатка в положениях і, і + 1, і + 2 и i + 3, были названы «склонностью данного остатка встречаться в данном месте поворота». rt-Потенциал квартета остатков затем определялся как произведение соответствующих склонностей. Пороговое значение потенциала было установлено по наилучшему совпадению с известными экспериментальными данными (рис. 6.2).

Подобные частоты встречаемости использованы Кроуфордом и сотр. [200] и позднее Чоу и Фасманом [340] для предсказания реверсивных поворотов цепи, идентифицированных согласно данным Льюиса и сотр. [326]. В табл. 6.2 приведены частоты встречаемости, найденные Льюисом и сотр. [326], а также Чоу и Фасманом [340]. Однако чтобы придать таблице компактный вид, в ней перечислены только усредненные значения частот встречаемости остатков в реверсивных поворотах цепей. Для некоторых остатков различия положений заметны: Pro находят почти исключительно в положении і + 1, а Тrр — только в положении і + 3.

Простой подход с использованием синглетных склонностей применили также Птицын и Финкельштейн для а- и ß-предсказаний [341, 342]. По утверждению этих авторов [343] никакой дополнительной информации из встречаемостей пар остатков (дублетов) получить нельзя. Однако это положение спорно, поскольку использованные исходные данные касались всего 9 белков и поскольку разбиение 20 остатков на четыре категории было произведено довольно произвольно.