Существуют и другие причины, которые усугубляют трудности, связанные с теоретическим выявлением пространственной структуры белка. К ним относится учет влияния молекул воды, ионов и других низко- и высокомолекулярных соединений. Как оказалось, в сворачивании белка также принимают участие и специализированные молекулы (шапероны), предотвращающие агрегацию.
Безуспешные попытки решения проблемы фолдинга связаны, как ни странно, и с использованием высоких технологий, в частности с применением сложных компьютерных программ. Сразу же отметим, что программ, правильно моделирующих ко-трансляционный фолдинг, на сегодняшний день просто не существует. Но даже в те из них, которые позволяют оптимизировать структуру и сводить ее к минимальному энергетическому состоянию, введены численные параметры разных взаимодействий, которые определены, разумеется, с некоторой ошибкой. При большом числе шагов оптимизации структуры (1000 и более) эта ошибка вырастает до таких величин, которые позволяют усомниться в правильности полученного результата.
Для стимулирования прогресса в решении этой проблемы в г. Асиломар (США) уже несколько лет проводится конкурс на лучшее определение пространственной структуры белка по его аминокислотной последовательности. Для этого организаторы конкурса выбирают еще неопубликованную работу, в которой методом РСА выявлена пространственная структура нового белка и, сообщив каждому желающему лишь аминокислотную последовательность, предлагают предсказать структуру любым теоретическим методом. Желающих бывает до нескольких десятков, они делают свои предсказания, которые организаторы сравнивают с имеющейся в их распоряжении структурой и выявляют победителей конкурса. Однако никто (в том числе и победители) никогда не представил структуры, полностью соответствующей той, что получена экспериментально.
Складывается впечатление, что выбранные пути непригодны для решения этой проблемы. Вероятно, нужны принципиально новые идеи для того, чтобы произошел прорыв в данной области. Впрочем, одна такая идея существует и уже давно, хотя до настоящего времени ее не признает большинство компетентных физиков и биологов. В чем же она состоит?
Около 30 лет назад у нас в стране Л.Б. Меклер и Р.Г. Идлис предложили механизм фолдинга, который основан на чисто формальном постулате. Он состоит в том, что в формирующемся предшественнике белка пространственно сближаются пары аминокислотных остатков, которые в нуклеиновых кислотах кодируются кодоном и соответствующим антикодоном. Сразу заметим, что для этой идеи нет не только научного обоснования, но в ней полностью отсутствует и какой-либо учет физических взаимодействий (т.е. идея, которую вполне можно отнести к разряду сумасшедших). Однако авторы учитывают и однонаправленность синтеза, и то, что вначале образуется предшественник, а не сам белок. В процессе такого ко-трансляционного фолдинга каждый новый присоединенный аминокислотный остаток сопоставляется с введенными ранее, и если в соответствии с постулатом он находит себе партнера, то располагается рядом с ним, образуя некие необъясненные связи.
Вместе с квалифицированными специалистами-структурщиками в начале 1990-х гг. мне довелось участвовать в проверке работоспособности этого механизма, и, что удивительно, попытки построения нескольких десятков структур каждый раз приводили к точному результату. Более того, однажды была взята аминокислотная последовательность, в которой, как оказалось позднее, всего лишь один остаток ошибочно не соответствовал правильному. В этом случае должной структуры не получилось, но после исправления ошибки все стало на свое место.
Вскоре авторы переехали в Израиль, где было намечено создать компьютерную программу, воспроизводящую их процесс фолдинга. Однако из-за кончины Л.Б. Меклера и отсутствия соответствующего финансирования эта работа приостановилась. А жаль!
Пространственные структуры некоторых белков, полученные по правилам Меклера и опубликованные на обложке журнала «Природа» в 1993 году
Подведем итог. На сегодняшний день мы немало знаем о слабых взаимодействиях в белках, но эти знания не помогли нам раскрыть тайну фолдинга (возможно, существуют такие типы взаимодействий, которые пока еще не выявлены). И хотя существует успешно применяемый теоретический метод, но в нем отсутствует понимание природы возникновения взаимодействий, а оно, разумеется, должно быть. Наверное, истина, как всегда, находится где-то посередине, и современные высокие технологии должны ее выявить.
Может быть, понадобятся и новые идеи (включая сумасшедшие). Но в любом случае без высоких технологий не обойтись, как бы дорого они ни стоили. Например, затраты на создание компьютерной программы для изучения любого белка на основе механизма Меклера–Идлис оцениваются примерно в 100 тыс. долл., но разве это много по сравнению с затратами на выявление структуры всего лишь одного белка методом РСА? И как было бы замечательно, если бы успешное решение застарелой проблемы осуществилось в нашей стране.
Список литературы
1. Замятнин А.А. Блистающий мир белков и пептидов / Биология. 2002. № 25–26. С. 8–13.
2. Замятнин А.А. Протеомика / Биология. 2005. № 14. С. 2–11.
3. Меклер Л.Б., Идлис Р.Г. Общий стереохимический генетический код – путь к биотехнологии и универсальной медицине XXI в. уже сегодня. Коммент. В.Т. Иванова, Д.Г. Кнорре, М.А. Мокульского, А.А. Замятнина /Природа. 1993. № 5. С. 28–70.