Структурные и функциональные характеристики природных и хирально модифицированных модельных ионных каналов, страница 8

Не вызывает со-мнений, что в этом случае для обеспечения матричного синтеза Dаминокислотных белков нуклеиновые кислоты будут построены из L-сахаров.Следует отметить, что существование биосферы, которая использует Dаминокислоты и L-сахара, согласуется с выводами традиционной теории спонтанного нарушения зеркальной симметрии и существуют достоверные данные овзаимодействии аминокислот и нуклеиновых кислот различной хиральности.Если сравнить D-аминокислотные последовательности модельных каналов, сохранивших природную функциональность, то несложно установить варианты преобразований L-аминокислот в D-аминокислоты (рис.

18). Причем этоединственная схема преобразований, позволяющая получать хирально модифицированные модельные каналы с природной функциональностью.GL→GDAL→ADSL→SDCL→CDDL→DDNL→NDKL→KDHL→HDFL→FDLL→GDVL→ADTL→SDМL→CDEL→DDQL→NDRL→KDWL→HDYL→FDPL→PDIL→GDРис. 18.

Преобразование L-аминокислот в D-аминокислоты сохраняющее природнуюфункциональность ионных каналовТаким образом, любой D-аминокислотный канал может быть построен ввиде комбинации 10 аминокислот (G, A, S, C, D, N, K, H, F, P) и, соответственно, для их синтеза вполне достаточной была бы дублетная таблица Dаминокислотного генетического кода, кодирующая не более 15 аминокислот.Нам представляется, что именно ионные каналы как молекулярные посредникиформирования ионной асимметрии клеток – необходимого условия их стабильности, возможно, являются наиболее ранними белками.Возможно, на более поздних этапах эволюции D-аминокислотных белков,в процессе увеличения разнообразия структур и функций белков, в матричныйсинтез могли бы быть включены другие D-аминокислоты, что привело бы к усложнению генетического кода до триплетного и увеличению разнообразияструктур и функций белков.Вопрос о возможном эволюционном возникновении большего разнообразия используемых в биосинтезе аминокислот может быть решен на основе теории коэволюции (Wong,1975).

При этом полный анализ взаимодействия факторов эволюции, которое могло бы привести к переходу на триплетный код и к ис-пользованию набора из 20 D-аминокислот в рибосомальном синтезе белков, выходит за рамки настоящей работы.В четвертой главе рассмотрены структурные и функциональные характеристики ионных каналов, содержащие остатки D-Asp и iAsp появление которых может быть обусловлено посттрансляционными неферментативными модификациями остатков L-Asn и L-Asp in vivo.Вплоть до 70-х годов прошлого века считалось, что все белки живых организмов состоят из L-аминокислотных остатков.

Однако экспериментально былоустановлено, что со временем наблюдается увеличение содержания остатков DAsp и iAsp в различных тканях организма человека и животных. Позднее былоустановлено, что данные аминокислотные остатки являются продуктами реакции посттрансляционной неферментативной модификации остатков L-Asp и LAsn в белках.Отмечено появление остатков D-Asp в белках больных болезнью Альцгеймера, Паркинсона, при склеротических изменениях в сердечно-сосудистойсистеме, при глазной катаракте и т.д., а также в очень медленно обновляющихсябелках в норме, таких как коллаген, дентин и др.Если появление остатков D-Asp характерно для очень медленно обновляющихся белков в норме и белков организма в патологическом состоянии, топоявление iAsp характерно даже для медленно обновляющихся белков.

Последнее связано с тем, что время жизни медленно обновляющихся белков превышаетвремя образования остатков iAsp в этих белках. Образование D-Asp более длительный процесс при нормальных физиологических условиях.Относительная частота содержания остатков D-Asp и (или) iAsp в белках свременем жизни T0 является решением дифференциального уравненияx 1x& iAsp− Xxx = v ( D )iAsp− Xxx − ( D )iAsp− XxxC Asx − Xxx C Asx ,с периодическими начальными условиямиx ( D )iAsp−Xxx (nT0 ) = 0 , n = 0, 1, 2, 3, ….,характеризующими процесс обновления и деградации белков.(7)Здесь x ( D )iAsp− Xxx = X ( D )iAsp− Xxx C Asx – отношение количества остатков D-Aspи (или) iAsp к общему количеству остатков Asx3, C Asx−Xxx – количество остатковAsx в фрагментах Asx-Xxx аминокислотной последовательности, v ( D )iAsp−Xxx –скорость образования остатков D-Asp и iAsp из остатков Asx в зависимости отследующего за Asx остатка Xxx аминокислотной последовательности, n – определяет периодичность процесса обновления белка.Относительная частота содержания остатков (D)-iAsp в одиночном белке,определяемая с помощью решения (7), имеет следующий вид vx ( D )iAsp = ∑ c Asx − Xxx − ∑ c Asx − Xxx exp − ( D )iAsp− Xxx (t − nT0 ) .XxxXxx C Asx − Xxx(8)В зависимости (8) c Asx − Xxx = C Asx − Xxx C Asx – относительная частота содержания фрагментов Asx-Xxx в аминокислотной последовательности белков.Экспериментальному и теоретическому исследованию содержания остатков D-Asp и их влияния на функциональные характеристики очень медленно обновляющихся белков посвящено большое количество работ (см.

обзор Ritz-Timeet al., 2002). Напротив, практически отсутствуют работы посвященные исследованию содержания остатков iAsp и их влиянию на функциональные характеристики белков с T0 > 1 v , что характерно для большинства медленно обновляющихся белков, таких как ионные каналы.В последнем случае представляет несомненный интерес исследование зависимости среднего, по совокупности белков организма, значения x iAsp от t длямедленно обновляющихся белков c T0 = const и белков с T0 = f (t ) имеют следующий вид (рис. 19 и 20). Появление T0 = f (t ) обусловлено экспериментальноустановленным увеличением времени жизни белков с возрастом (Ward, 2000).Для построения x iAsp = x iAsp (t ) с использованием (8) величины c Asn −Xxx определяли по результатам статистического анализа 17704 Asn-содержащих аминокислотных последовательностей из Банка белковых структур, величины v iAsp− Xxx– по результатам регрессионного анализа, в котором в качестве независимой переменной использовали разность полных энергий дипептидов iAsp-Xxx и AsnXxx.3Для удобства, под Asx понимается один из остатков Asp или AsnЗависимость, представленная на рис.

19 показывает, что x iAsp имеет постоянное значение на протяжении жизни организма и составляет примерно 12%.Следовательно, даже в медленно обновляющихся белках возможно отличное отнуля содержание iAsp на протяжении жизни организма и это содержание не меняется с возрастом. График, представленный на рис. 20 наглядно демонстрирует,что учет T0 = T0 (t ) в выражении (8) приводит возрастающей зависимостиx iAsp = x iAsp (t ) , даже для медленно обновляющихся белков.Такимобразом, представляет несомненныйин-терес исследованиеструк-турныхифункциональныххаракте-ристик калийизбирательныхканалов, в которыхпрове-деназаменаостатковРис.

19. Зависимость x iAsp = x iAsp (t ) для белков с T0 = constAsnна iAsp. Крометого, важностьтакихиссле-дованийобу-словленасу-ществованиемэкспериментальноустаРис. 20. Зависимость x iAsp = x iAsp (t ) для белков с T0 = f (t )новленных(Погореловидр., 2006) возрастных изменений содержания Na+ и K+ в мышечной клетке сердца, которые сопряжены с нарушениями в работе ионных каналов.Результаты наших расчетов показали, что замена остатков Asn на iAsp вканалах приводит к уменьшению (в среднем в 1,2 раза) их энергетической стабильности.

При этом если разность значений энергии соответствующих открытых и закрытых немодифицированных потенциал-зависимых ионных каналовможет компенсироваться изменением разности потенциалов на концах мембраны, то для соответствующих модифицированных каналов такие компенсациивесьма затруднительны. Вполне возможно, данный результат указывает на то,что изменения знака разности потенциалов на концах мембраны или недостаточно для перехода модифицированных калиевых каналов из открытого состояния в закрытое или требуют большего времени для такого перехода.Для модифицированных каналов наблюдается существование линейнойзависимости между током и напряжением на участке 0-60 мВ с величинами проводимостей, незначительно отличающимися от проводимостей немодифицированных ионных каналов. Так, например для модифицированного канала KcsAg Li = 0.16 пСм,+g Na = 2.42 пСм,+g K = 33.15 пСм,+g Rb = 31.41пСм+иg Cs = 0.20 пСм.

При этом для всех модифицированных каналов наблюдается не+значительное (порядка 0.1пА) увеличение ионных токов и неизменность отношений коэффициентов проницаемостей.Таким образом, в результате старения организма может происходить увеличение ионных токов потенциал-зависимых калиевых каналов мембраны присохранении свойства их калиевой избирательности.Неферментативная рацемизация играет существенную роль в патогенезеболезней характерных для людей пожилого возраста.

Так отмечено появление DAsp в белках больных болезнью Альцгеймера и Паркинсона. Вместе с тем существуют данные о вовлечении NMDA-рецепторов в патофизиологические процессы при указанных хронических заболеваниях. Поэтому представляет интерес исследование влияния остатков D-Asp в NR1-центре связывания NMDA-рецепторана взаимодействие с лигандами.Молекулярно-динамическим моделированием мы определяли устойчивыеконфигурации комплексов D-аминокислотных лигандов с модифицированным(NR1D-Asp), содержащим остатки D-Asp, и немодифицированным NR1-центромсвязывания NMDA-рецептора.На рис.