Беседы о жизни

Галактионов Станислав Геннадиевич

Конечно, представление о глобуле как о правильном геометрическом теле очень приблизительно: поверхность глобулы может быть изрезана различными неровностями, иметь изогнутую форму, короче — напоминать произведение лауреата выставки абстрактной скульптуры. (Непонятно, кстати, почему изображения структур белковых молекул — того же миоглобина или лизоцима — до сих пор не послужили ни одному скульптору-абстракционисту в качестве «натуры».) И уж, разумеется, оценки с помощью гипотезы «гидрофобного ядра» никаких подробностей структуры не сообщают. Но, повторяем, на конформационном безрыбье…

Словом, если завтра в какой-нибудь газете появится объявление «Срочно требуются квалифицированные

ясновидцы», можно не сомневаться, что наряду с тысячами возмущенных столь откровенным розыгрышем читателей найдутся немногие, которые на всякий случай все же позвонят по телефону, указанному в объявлении, и поинтересуются, удалось ли отделу кадров найти хоть одного стоящего ясновидца. Кстати, если удалось, нельзя ли ему поработать по совместительству еще в одном учреждении. А в ответ на резонный вопрос начальника отдела кадров, кого же, собственно, представляет невидимый собеседник, почти наверняка раздастся уклончивое: «Вообще-то нас интересует пространственная структура белков…»

Спорт находчивых и мужественных

Как мы только что убедились, очень грубое предсказание общих очертаний белковой глобулы — дело сравнительно нетрудное. Однако многовековая история колдовства, ведовства и черной магии учит, что запросы потребителей на рынке предсказаний непрерывно растут: если рядовому авгуру в Древнем Риме приходилось, самое большее, отвечать, будут ли всемогущие боги благосклонны к участникам завтрашней битвы, то главе современных гадалок мадам Солей (Франция) доводится, по слухам, консультировать новоиспеченных премьер-министров относительно предполагаемого персонального состава будущего кабинета. Недаром мадам Солей вынуждена (по тем же слухам) прибегать к активной помощи компьютеров!

Поведение молекулярных биологов в этом смысле ничуть не отличается от поведения прочих потребителей предсказаний. Ученые хотят знать не просто форму глобулы, но и, например, схему размещения в белковой цепи участков периодических структур: -спирали и -структуры. Конечно, прорицателю, работающему по старинке, такая задача не под силу; современные же предсказатели, вооруженные до зубов всевозможными математическими премудростями, добились в ее решении значительных успехов, о которых стоит поговорить подробнее.

Самые распространенные приемы предсказаний локализации регулярных структурных участков в аминокислотной последовательности базируются на тщательном изучении третичных структур белков, исследованных рентгенографически. Уже простой подсчет остатков различных типов, входящих в -спиральные участки, участки -структуры и нерегулярные части молекулы, показывает, что существуют, например, остатки, заметно чаще встречающиеся именно в спиральных фрагментах — аланин, валин, фенилаланин, лизин и т. д. Если в какой-то части аминокислотной последовательности белка встречается скопление этих остатков, можно предположить, что в глобуле эта часть спирализована.

Приведенный тип обобщения — наиболее примитивный; на самом деле обработка информации об аминокислотных последовательностях, принадлежащих участкам различных типов вторичных структур, велась с использованием весьма совершенных методов математической статистики, начиная с установления зависимостей, подобных рассмотренным, для различных комбинаций пар, троек и т. д. остатков и кончая весьма сложными

процедурами, базирующимися на так называемой теории распознавания образов. Очевидно, однако, что при всей математичности такой подход является чисто эмпирическим и по существу своему очень близок упоминавшимся народным приметам (разумеется, это говорится отнюдь не в укор, тем более что на этом пути были получены очень хорошие результаты).

Тенденция того или иного остатка к образованию спирали может быть получена и из другого источника: экспериментального исследования синтетических полипептидов, образованных из аминокислот лишь одного определенного типа — полиаланина, полизина и т. п. Хорошо известно, что часть полиаминокислот приобретает в растворе форму -спирали, другие же не обнаруживают склонности к ее образованию. К первым относятся, например, полиаланин, полифенилаланин, полилейцин, ко вторым — полисерин, политреонин. Информация, полученная таким путем, может использоваться для разработки самостоятельных методов распознавания спиральных участков белковых структур или в качестве дополняющей в только что рассмотренных методах.

Наконец, ряд «предсказательных» подходов использует то обстоятельство, что атомы внутри белковой глобулы расположены достаточно плотно, так что внутри не остается никакого свободного пространства, и в то же время без напряжений, без «налезания» одного атома на другой.

Зная строение остова -спирали, можно, опираясь на эти представления (иногда дополняемые требованием определенного чередования гидрофобных и гидрофильных остатков), указать те участки аминокислотной последовательности, которые могут принять форму -спиралей, причем боковые радикалы на их поверхности будут расположены плотно и без напряжений. Оценки такого рода выполняются обычно с помощью объемных молекулярных моделей, в которых атомы представлены шариками того или иного, своего для каждого атома, диаметра.

Отметим, наконец, что в практике предсказаний спиральных участков (и вообще участков структуры определенного типа) очень часто описанные подходы используются не в «чистом», а в комбинированном виде.

Мы столь подробно останавливаемся на этих методах по двум причинам. Во-первых, многие из них оказались довольно эффективными; во-вторых, предсказание локализации вторичных структур в белках с известной аминокислотной последовательностью ныне стало излюбленным занятием очень многих специалистов в области структуры белка. Число предложенных методов перевалило за тридцать, а в обсуждении тех или иных преимуществ каждого из них стали появляться нотки соперничества. Так что вполне естественной оказалась мысль проведения мирового чемпионата по предсказанию участков регулярной структуры: пусть преимущество того или иного метода решается не в бесплодной полемике авторов на страницах специальных журналов, а в честной спортивной борьбе! Правда, соревнования по таким предсказаниям еще никто никогда не проводил, но ведь и бобслей, к примеру, появился совсем недавно, а нынче этот вид спорта уже прочно входит в программу Олимпийских игр.

Инициатором соревнований оказался западногерманский кристаллограф Г. Шульц из Планковского института медицинских исследований в Гейдельберге. Им была установлена пространственная структура молекулы фермента аденилкиназы; перед тем как ее обнародовать, Г. Шульц разослал всем предсказателям регулярных структур предложение участвовать в организуемом им конкурсе на лучшее распознавание (на основании первичной аминокислотной последовательности) участков -спирали, -структуры и резких изгибов белковой цепи молекулы аденилкиназы. Сам он, естественно, фигурировал в роли арбитра.