Стабильность альфа-спиральных и бета-структурных блоков в белках четырех структурных классов

В статье рассмотрены особенности строения групп взаимодействующих альфа-спиралей и групп взаимодействующих бета-тяжей (блоков) в выборках трехмерных структур негомологичных белков, относящихся к четырем структурным классам. Стабильность каждого элемента вторичной структуры оценивали с помощью алгоритма PentaFOLD, который способен выявлять альфа-спирали и бета-тяжи с наиболее характерными для данного вида вторичной структуры особенностями чередований аминокислотных остатков. Доказано, что в белках классов «альфа + бета» и «альфа/бета» чаще всего встречаются блоки, состоящие из двух взаимодействующих альфа-спиралей, отличающихся наибольшей степенью стабильности. В альфа-спиральных белках, как правило, встречаются блоки из 4 альфа-спиралей, в бета-структурных – отдельные короткие альфа-спирали, отличающиеся наименьшей степенью стабильности в белках этого класса. Наиболее устойчивыми следует считать бета-структуры из трех бета-тяжей, наименее устойчивыми – отдельные бета-шпильки. В белках класса «альфа + бета» наблюдается характерное расположение стабильных альфа-спиралей в начале альфа-спирального блока, стабильных бета-тяжей – в конце бета-структурного блока. Такое расположение стабильных альфа-спиралей и бета-тяжей способствует формированию устойчивой пространственной структуры, если белок начинается с бета-структурного домена, что наблюдается в большинстве случаев.

1. Kabsch, W. Dictionary of protein secondary structure: pattern recognition of hydrogen-bonded and geometrical features / W. Kabsch, C. Sander // Biopolymers. – 1983. – Vol. 22, N 12. – P. 2577–2637. https://doi.org/10.1002/bip.360221211

2. Energetics of the structure of the four-alpha-helix bundle in proteins / K. C. Chou [et al.] // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. – 1988. – Vol. 85, N 12. – P. 4295–4299. https://doi.org/10.1073/ pnas.85.12.4295

3. Morales, R. Molecular cross talk between misfolded proteins in animal models of Alzheimer’s and prion diseases / R. Morales [et al.] // J. Neurosci. – 2010. – Vol. 30, N 13. – P. 4528–4535. https://doi.org/10.1523/jneurosci.5924-09.2010

4. Saunders, R. Signatures of co-translational folding / R. Saunders, M. Mann, C. M. Deane // Biotech. J. – 2011. – Vol. 6, N 6. – P. 742–751. https://doi.org/10.1002/biot.201000330

5. Chou, P. Y. Prediction of the secondary structure of proteins from their amino acid sequence / P. Y. Chou, G. D. Fasman // Advances in Enzymology and Related Areas of Molecular Biology / ed. A. Meister. – New York, 1978. – Vol. 47. – P. 45–148.

6. Khrustalev, V. V. Stabilization of secondary structure elements by specific combinations of hydrophilic and hydrophobic amino acid residues is more important for proteins encoded by GC-poor genes / V. V. Khrustalev, E. V. Barkovsky // Biochimie. – 2012. – Vol. 94, N 12. – P. 2706–2715. https://doi.org/10.1016/j.biochi.2012.08.008

7. Хрусталёв, В. В. Особенности аминокислотного состава бета-тяжей в белках различных структурных классов // В. В. Хрусталёв, В. В. Побойнев, Т. А. Хрусталёва // Фундаментальная наука в современной медицине: материалы сателлит. дистанц. науч.-практ. конф. студентов и молодых ученых (Минск, 03 марта 2017 г.) / Белорус. гос. мед. ун-т; под ред. А. В. Сикорского [и др.]. – Минск, 2017. – С. 331–336

8. NPS@: network protein sequence analysis / C. Combet [et al.] // Trends Biochem. Sci. – 2000. – Vol. 25, N 3. – P. 147–150. https://doi.org/10.1016/s0968-0004(99)01540-6

9. The part of a long beta hairpin from the scrapie form of the human prion protein is reconstructed in the synthetic CC36 protein / V. V. Khrustalev [et al.] // Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics. – 2016. – Vol. 84, N 10. – P. 1462–1479. https://doi.org/10.1002/prot.25090

10. Abrusán, G. Alpha helices are more robust to mutations than beta strands / G. Abrusán, J. A. Marsh // PLoS Comput. Biol. – 2016. – Vol. 12, N 12. – P. e1005242. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1005242

11. Saunders, R. Protein structure prediction begins well but ends badly / R. Saunders, C. M. Deane // Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics. – 2009. – Vol. 78, N 5. – P. 1282–1290. https://doi.org/10.1002/prot.22646

12. Structural and antigenic features of the synthetic SF23 peptide corresponding to the receptor binding fragment of diphtheria toxin / T. A. Khrustaleva [et al.] // Mol. Immunol. – 2015. – Vol. 63, N 2. – P. 235–244. https://doi.org/10.1016/j.molimm.2014.07.008