2.13. Формирование свернутой молекулы белков происходит путем ассоциации альфа-спиралей и складчатых бетта-слоев

Как возникает гармония при превращении развернутой полипептидной цепи в свернутую молекулу белка? A priori одна из возможностей состоит в том, что происходит перебор всех возможных конформаций и выбирается энергетически наиболее выгодная форма. Сколько времени займет такой случайный поиск стабильной структуры? Рассмотрим для примера небольшой белок из 100 аминокислотных остатков.

Если каждый остаток может принять 3 разные конформации, то общее число возможных структур составит или . Если превращение одной структуры в другую происходит за то общее время поиска оптимальной конформации составит т.е. или лет! Отметьте, что это время минимально, поскольку истинное число возможных конформаций в расчете на один остаток аминокислоты выше трех, а время, необходимое для перехода одной конформации в другую,

Рис. 2.48. Предполагаемые этапы скручивания белков. Два участка в развернутой полипептидной цепи на какой-то момент принимают структуру -спирали. Далее происходит стабилизация обеих спиралей благодаря образованию комплекса между этими участками.

вероятно, превышает Совершенно очевидно, что даже для небольшого белка время выбора энергетически оптимальной конформации путем случайного перебора всех возможных слишком велико.

Как же получается, что белки принимают нужную конформацию в течение нескольких секунд или минут? Ответ пока неизвестен, но высказана довольно убедительная гипотеза, что важную роль в этом процессе играют небольшие участки вторичной структуры. Согласно предложенной модели, короткие отрезки аминокислотных остатков) развернутой полипептидной цепи образуют короткоживущие структуры: -спирали или -слои. Эти промежуточные структуры сближаются в результате диффузии и стабилизируют друг друга путем формирования комплексов (рис. 2.48). Допустим, что произошло сближение двух -спиралей, или двух -слоев, или -спирали и -слоя. Образовавшиеся комплексы или которые называют единицами скручивания, играют далее роль центров, стабилизирующих другие выступающие элементы вторичной структуры. Эта модель имеет ряд экспериментальных доказательств. Прежде всего, способность полипептида к образованию правильной вторичной структуры в значительной степени зависит от аминокислотного состава. Так, остатки глутамата, метионина, аланин а и лейцина способствуют образованию -спиралей, тогда как остатки валина, изолейцина и тирозина усиливают образование -слоев. Во-вторых, переход от случайного клубка к -спирали происходит менее чем за одну микросекунду. Следовательно, короткие участки вторичной структуры могут формироваться очень быстро. -третьих, постулированные единицы скручивания (комплексы и ) представляют собой по существу основные элементы структуры белка. Задача в настоящее время состоит в том, чтобы непосредственно выявить и идентифицировать короткоживущие промежуточные структуры, образующиеся при специфическом скручивании полипептидной цепи, и таким образом воссоздать тот путь, который приводит к формированию функционально активной структуры белка.