1.7. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДСКАЗАНИЯ ВТОРИЧНОЙ И ТРЕТИЧНОЙ СТРУКТУРЫ БЕЛКОВ ПО ПЕРВИЧНОЙ СТРУКТУРЕ

Первичная структура биополимеров определяет вторичную, третичную и четвертичную " структуры молекулы. Исследования денатурации белков показало, что во многих случаях эта денатурация является обратимой: даже после того как нативная структура белковой глобулы полностью нарушается, и она переходит в свободно - сочлененное состояние, при возвращении исходных условий восстанавливается и исходная структура.

Эти факты говорят о том, что во многих случаях структура молекулы биополимера формируется в соответствии с принципом минимума потенциальной энергии. Значит, среди структур, возможных при некоторых заданных внешних условиях, имеется такая, которая обладает минимумом потенциальной энергии. Именно в это состояние и переходит молекула, если внешние условия зафиксированы, и имеется достаточно времени, чтобы совершился переход в это состояние.

Но тогда открывается возможность по первичной структуре предсказывать вторичную и третичную структуры молекул биополимеров. Для этого нужно, зная первичную структуру, найти такое пространственное расположение мономерных звеньев, при котором потенциальная энергия будет минимальна.

Отсюда следует, что предсказание вторичной и третичной структур требует вычисления энергии конформации молекул.

Энергия конформации зависит от нескольких факторов, среди которых важнейшими являются следующие: углы поворота относительно связей, соединяющих мономерные звенья, вандерваальсовы взаимодействия между сближенными в пространстве атомными группировками, взаимодействия с молекулами растворителя, взаимодействия с другими макромолекулами или низкомолекулярными соединениями (гормонами, субстратами ферментативных реакций и т.д.).

В макромолекулах имеется множество связей, вокруг которых возможны вращения, и тысячи группировок, могущих взаимодействовать друг с другом. Расчет энергии возможных конформаций в этих условиях - очень трудная задача.

Расчет конформации отдельного звена или нескольких звеньев проще. Поэтому сначала рассчитывают энергию вторичной структуры, а уже потом отдельные участки вторичной структуры укладывают в третичную структуру так, чтобы энергия была минимальна.

Такой подход позволяет предсказывать до 80% структуры у некоторых белков. Но в общем случае предсказание высших уровней организации макромолекулы остается все еще трудной задачей. Поэтому для предсказания того, как сворачивается, например, полипептидная нить в третичную структуру используется информация о строении белков, первичная структура которых известна. Накопление такой информации позволяет выявить определенные закономерности формирования вторичной и третичной структур белков и, тем самым, увеличить предсказуемость.