Принципы структурной организации белков - Г. Шульц 1982

Эволюция белков
Специализация белков
Влияние замен аминокислот на динамику свертывания

Замены, влияющие на процесс свертывания, исследуются на моделях — аналогах белков. В предыдущих разделах обсуждалось влияние замен аминокислот на функцию или на стабильность свернутых белков. Однако очевидно, что наиболее отрицательное воздействие мутация оказывает на динамику свертывания полипептидной цепи. Исследование этой проблемы на естественных мутантах затруднительно по двум причинам. Во-первых, если путь свертывания белка-мутанта полностью заблокирован, то полипептидную цепь невозможно идентифицировать и выделить обычными биохимическими методами (однако можно использовать иммунологические [94, 418] или комплементационные методики [446]). Кроме того, полипептиды, которые после их биосинтеза не свертываются совсем или свертываются слишком медленно, часто подвержены быстрому разрушению in vivo [154]. Эти трудности заставили искать модели для изучения влияния мутаций на свертывание белка среди полусинтетических аналогов белков [497—499] или белков с модифицированными боковыми цепями [445] (разд. 8.2).

Инициирующие спираль аминокислотные остатки были обнаружены путем сравнения последовательностей. Важность включения определенных групп для динамики свертывания была установлена при сравнительном исследовании молекул глобинов [500]. В этом случае все а-спирали несут на своих N-концевых участках или Pro, или остатки с короткими полярными боковыми цепями (Asn, Asp, His, Ser, Thr), которые могут образовывать водородные связи с основной цепью. Эти водородные связи, пo-видимому, необходимы для инициации спирали, так же как в некоторых случаях и наличие пролина, фиксирующего необходимую для а-спирали величину двугранного угла. Эти факторы приводят к благоприятному соотношению между связывающей энергией и энтропией цепи; водородные связи увеличивают связывающую энергию, a Pro понижает число возможных конформаций, а следовательно, и энтропию цепи. В соответствии с уравнением (3.2) значение ∆G_общ для этого локального участка цепи имеет большую отрицательную величину, в связи с чем такой участок проявляет сильную тенденцию к образованию небольшой нуклеации свертывания.

Высокий консерватизм укладки цепи связан с ограничениями, налагаемыми динамикой свертывания. Наблюдающаяся у белков тенденция к сохранению способа свертывания цепи в процессе эволюции, по-видимому, не может быть объяснена только на основе сохранения тонкого баланса энергии (или функции) данного белка. Оба эти условия в значительно большей степени относятся к боковым цепям аминокислот, чем к основной цепи. В связи с этим следует предположить, что укладка цепи сильно коррелирует с динамикой свертывания, которая и налагает основные ограничения на белок.