Структурные основы сворачивания белка и амилоидных конформационных болезней : На примере лизоцимов

• Автор: Морозова-Рош, Людмила Александровна
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Пущино
• Количество страниц: 239 с. : ил

Конформационное пространство, доступное полипептидной цепи, представляется в виде усредненной энергетической поверхности, которая может быть достаточно плоской и на которой может находиться много конформаций с подобной энергией. Свойства энергетической поверхности обусловлены тем, что конформация белка определяется большим набором слабых нековалентных взаимодействий, таких как водородные связи, гидрофобные и ван дер Ваальсовы взаимодействия. Энергетическая поверхность имеет форму воронки, наклон которой возникает в силу того, что правильный нативный контакт между аминокислотными остатками является более стабильным, чем ошибочный, ненативный контакт i . Ivv ii, ii v, i . Согласно новому взгляду на сворачивание белка заданная полипептидная цепь перебирает достаточно малое число конформаций среди ансамбля конформаций, образующих развернутое состояние , , i . При этом наклон воронки направляет стохастический перебор этих возможных состояний полипептидной цепи в направлении к энергетическому минимуму рисунок 1. В силу стохастичности процесса, различные члены первичного конформационного ансамбля образуют стабилизирующие контакты в самой различной последовательности. Форма энергетического ландшафта задается аминокислотной последовательностью белка. И если аминокислотная последовательность такова, что белок способен свернуться в нативную структуру, то это означает что все или большинство траекторий должны приводит ь белок к единственному состоянию с минимальной свободной энергией, то есть к нативному состоянию. Пример на рисунке 1 демонстрирует сворачивание модельной членной полипептидной цени i . Сворачивание начинается из широкого спектра развернутых состояний. Ю компактным состояниям с ненативной структурой. Из этого ансамбля состояний в результате медленного стохастического перебора полипептидная цепь переходит к 0 переходным промежуточным состояниям, которые быезро сворачиваются в нативную форму. В силу того, что существует много различных путей к нативному состоянию, в ходе сворачивания может образовываться ансамбль промежуточных состояний с различной степенью нативности. Промежуточные состояния отражают свойства энергетического ландшафта и, следовательно, их изучение представляет собой важный этап, как в понимании природы энергетического ландшафта, так и в понимании природы молекулярных взаимодействий, приводящих к образованию нативной структуры. Поскольку новый взгляд на сворачивание белка был развит на основании теоретических моделей, то чтобы понять, как сворачивается реальный белок с заданной аминокислотной последовательностью, необходимо было получить экспериментальные данные с использованием конкретных пептидов или белков, на которых теоретические модели могли бы основываться. Экспериментальному исследованию сворачивания белка и посвящена данная диссертация. Рисунок 1. Схематическое представление сворачивания модельной членной полипептидной цепи i . II. И сел ело ван ие равновесных промежуточных состояний белка. Экспериментальное изучение сворачивания белка в реальном времени является очень сложной задачей в силу того, что этот процесс происходит очень быстро и кооперативно. Кроме того, сворачивание белка является еще и крайне гетерогенным процессом , , , так как целый ансамбль конформаций присутствует на всех, кроме конечной, стадиях образования нативной структуры. Подход, который широко использовался в течение нескольких последних десятилетий и который существенно расширил понимание физической природы промежуточных состояний в сворачивании белка, заключался в изучении равновесных промежуточных состояний и сравнении их свойств с кинетическими компактными состояниями i, , i, . При этом предполагалось, что эти два типа состояний должны обладать подобными свойствами. Многие белки способны образовывать частично развернутые, компактные состояния в равновесных условиях. Их образование может быть вызвано умеренно денатурирующими воздействиями, такими как низкие или высокие значения раствора, умеренные концентрации гуанидин гидрохлорида, повышенная температура или удаление лигандов, стабилизирующих нативное состояние белка. В ряде случаев такие состояния были определены как расплавленные глобулы обзоры , i, i, i i, .