Примеры событий, которые протекают при фолдинге белков на масштабах в наносекунды (вверху) и микросекунды (внизу). Изображение 1 из статьи R. Day, V. Daggett, 2007. Direct Observation of Microscopic Reversibility in Single-molecule Protein Folding, изображение 2 с сайта ks.uiuc.edu
Подведем итог тех преобразований, через которые проходит белковая молекула на пути к нативной структуре.
- Какое-то осмысленное движение атомов начинается от долей пикосекунды; это совершенно естественное время для атомного движения при обычных условиях.
- Весь пикосекундный диапазон — это движение отдельных атомов и их небольших, относительно подвижных групп, боковых цепочек. Главная цепь на этих времена практически неподвижна — какой бы «корявой» она ни была, она не успевает за это время существенно сдвинуться.
- Наносекундный диапазон — тот масштаб времени, на котором начинает существенно двигаться «костяк», пытаясь ткнуться то туда, то сюда в поиске оптимальной укладки. Здесь формируется вторичная структура белка и начинаются попытки оптимизировать третичную структуру.
- Микросекунды — типичное время, когда эти попытки завершаются успехом. Маленьким белкам, состоящим из десятков аминокислот, нескольких таких смещений и поворотов достаточно, чтобы полностью оптимизировать свою форму. Десятки микросекунд — типичное время фолдинга таких белков.
- Крупным белкам для фолдинга требуются как минимум миллисекундные времена. Мелкие же белки на этом масштабе времен успевают не только полностью свернуться, но и зачастую снова слегка расплестись и вновь свернуться, и так несколько раз.
ПС
НС
МКС
МС
Моделирование фолдинга даже небольшого белка от распутанной цепочки и до нативной структуры проходит через множество промежуточных, неоптимальных состояний. Видеоролик получен по результатам моделирования в Группе теоретической и вычислительной биофизики в Иллинойсском университете в Урбане-Шампейне.
Компьютерное моделирование фолдинга Главная и боковые цепи