Диссертация (1103954), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Основываясь на аналогичных рассуждениях, спиральнаяструктура цепи О-антигена была предложена в более ранней работе [274]. Однако методМонте-Карло, примененный к жесткой и незаряженной молекулярной модели, не позволилавторам обнаружить спиральные структуры в их исследовании [274]. Кроме того, спиральные мотивы были обнаружены экспериментально для небольшого фрагмента О-антигена (�DGal-(1 → 2)-�-DMan-(3 → 1)-Abe) [29].1.2.2МД расчет О-антигена в раствореИспользуя в качестве стартовой полученную энергетически выгодную спиральную конформацию (рис. 4.6), мы выполнили ряд МД расчетов для О-антигена в растворе с использованием силовых полей OPLS-AA и GLYCAM. Мы провели три независимых расчета вкаждой модели при комнатной (500 K) и повышенной температуре (500 K).
Разрушение первоначально вытянутой спиральной структуры приводит к появлению новых стабильных иликвазистабильных компактных состояний, которые мы классифицируем как:∙ конформации типа клубок, в которых цепь изогнута, части ее взаимодействуют мало,а цепочка в целом не имеет сколько-нибудь постоянной укладки (рис. 4.7 C);∙ конформации типа глобула, в которых углеводная цепь формирует шпильки за счетвзаимодействия удаленных частей цепи с образованием водородных связей и ван-дерваальсовых контактов (рис.
4.7 D–F).127Рис. 4.7: Влияние локальных конформационных переходов на общую структуру цепи Oантигена. A. Начальная невозмущенная спиральная структура с кольцами галактозы и маннозы в конформации4C1 и рамнозы в1C4 . B. Переход кольца рамнозы в4C1 без влияния на1конформацию цепи. C. Изгиб спирали из-за перехода галактозного кольца в C4 . D.
Шпилька,образованная при переходе маннозного кольца втельными переходами��-�ψ ).���� ��— в состояние1C4 . E. Шпилька, образованная последова-��и� ���ℎ�— в состояние�ψF. Шпилька, образованная двумя последовательными переходами связейв состояние�ψ(шпилька(шпилька� ���ℎ��ψ -�ψ ). Остатки галактозы, маннозы и рамнозы окрашены в зеле-ный, желтый и синий цвета, соответственно.
Нетронутая часть цепи окрашена в серый цвет.Стрелки показывают направление цепи от первого до последнего повторяющегося звена.Изменения глобальной конформации О-антигена происходят из-за двух основных типов событий: переходов конформаций колец и/или поворотов углеводных остатков вокругO-гликозидных связей. Изменение конформации (“выворачивание”) пиранозных колец в расчетах О-антигенной цепи встречаются гораздо реже, чем в молекулах дисахаридов. Наиболее128распространенными событиями этого типа, наблюдаемыми в расчетах, являются переходы1↔C44C1 в остатках рамнозы. Поскольку углы между гликозидными связями рамнозыне зависят от конформации ее пиранозного кольца, эти изменения не влияют на общуюструктуру О-антигена (рис.
4.7 A,B). Переход в 1 C4 галактозных и маннозных колец, наоборот, приводит к существенной реорганизации всей цепи и, следовательно, происходит значительно реже. Действительно, переход галактозы в 1 C4 приводит к изгибу цепи примерно на50 ∘(рис. 4.7 C), в то время как переход маннозного кольца приводит к развороту одного изконцов цепи в обратную сторону (рис. 4.6 D).Чтобы упростить описание наблюдаемых вращений остатков вокруг O-гликозидных связей, далее мы будем обозначать соединение между остатками галактозы и маннозы как���� ��,соединения между маннозой и рамнозой какзой и галактозой как�ℎ����.� ���ℎ�и соединения между рамно-Так как гликозидные связи маннозного остатка параллельныдруг другу (оба заменителя экваториальны в 4 C1 ), то вращение вокруг углавокруг угла����� ��в� ���ℎ�вв� ���ℎ���, ∼ 30∘и� ���ℎ� и �ℎ����∼ 60∘при переходеприводят изгибанию цепи:�ℎ����в��и��,�ψ ,что приводит к изгибу цепочки приблизительно на90 ∘ ,∼ 45∘соответствен-но.
Наиболее значительная реорганизация цепочки происходит в случае переходав состояниеине вызывают изгиба цепи О-антигена. В то же время, переходы вбассейне глобальных минимумов связейпри переходе�� ���ℎ�и может привести кобразованию шпильки (рис. 4.7 Е,F).Компактизация цепи вследствие образования шпилек является самым важным кооперативным событием, наблюдаемым в наших расчетах для цепей О-антигена. В обоих силовых полях все обнаруженные шпильки появились при переходе в состояниедвух последовательных связейца 4 C1→ 1 C4� ���ℎ���� ���ℎ� соседняя связь ���� ��(рис.
4.7 E). Формирование метастабильных шпилекбыло ранее получено в расчетах для О-антигенасвязиодной или(рис. 4.7 E,F) или выворачивания маннозного коль-(рис. 4.7 D). В случае одного перехода в связиобычно занимает положение�ψSh. lexneri��-�ψ[30]. Если две последовательные� ���ℎ� переходят в состояние �ψ , то каждый из переходов изгибает цепочку на 90 ∘ ,что приводит к складыванию цепи и формированию шпильки, независимо от конформацийсвязей�ℎ����и���� ��(рис.
4.6 F).Помимо распрямленных конформаций и одиночных шпилек, О-антигены могут такжепринимать более сложные конформации, такие как компактные глобулы (рис. 4.8), образующиеся в результате формирования нескольких шпилек в одной цепочке. Глобула О-антигенанамного более стабильна, чем одиночные шпильки, благодаря взаимодействиям между удаленными частями цепи. Сложенная несколько раз, цепочка О-антигена в состоянии глобулы129имеет топологию, похожую на антипараллельный� -листв белке.
Поэтому мы далее будемназывать конформации такого типа антипараллельными шпильками.Рис. 4.8: Структура глобул O-антигена в силовых полях OPLS-AA (A, трехкратная антипараллельная шпилька) и GLYCAM (B, пятикратная антипараллельная шпилька). Атомыуглерода повторяющихся звеньев внутри фрагментов цепи, образующих шпильки, окрашеныв следующем порядке: желтый, зеленый, синий, оранжевый, фиолетовый.
Стрелками показаны начало и конец цепи, а также связи1.2.3� ���ℎ�,перешедшие в состояние�ψ .Расчеты при комнатной температуреВ первую очередь, нами были проведены расчеты для молекул О-антигена в водном растворе при температуре300 K.Поведение цепочек оказалось существенно различным в разных130силовых полях: в поле OPLS-AA О-антиген претерпевал конформационные изменения, но сохранял структуру клубка на протяжение всех расчетов, тогда как в силовом поле GLYCAM,спустя небольшое время (∼ 100 нс), цепь подвергалась структурным деформациям, ведущимк ее существенной компактизации и формированию стабильной глобулы (рис.
4.9).Рис. 4.9: Радиус инерции цепи O-антигена в 400 нс расчетах в силовых полях OPLS-AA (A)и GLYCAM (B) при температуре 300 K. Конформации цепи изображены для расчетов, соответствующим красным графикам с шагом по времени в 50 нс.В ходе расчетовМД конформации пиранозных колец почти не менялись. Нами было обнаружено лишьнесколько переходов в остатке рамнозы (< 1% по сравнению с заселенностью 1C4). Наиболеечастыми конформационными изменениями в расчетах в поле OPLS-AA являются переходыгликозидных связей внутри бассейнов глобальных минимумов. Все связи продемонстрировали определенную подвижность: мы наблюдали переходы �� ↔ �� для ���� ��, �� ↔ ��для � ���ℎ� и �� ↔ �� и �� ↔ �� для �ℎ����, из-за которых первоначально вытянутая структура спирали слегка деформировалась (рис.
4.9A, верхний ряд). Однако, так кактакие переходы стерически не затруднены, мы наблюдали их взаимные трансформации безобразования компактных глобул. В то же время, на концах цепи были обнаружены несколькопереходов � ���ℎ� в состояние �ψ , что привело к образованию коротких шпилек (например,рис. 4.9A, на 350 нс) с временами жизни до десятков наносекунд. Дальнейшая компактизация цепи не происходила, и все наблюдаемые переходы были обратимыми.1.2.3.1Поведение цепи О-антигена в силовом поле OPLS-AA.Конформационная подвижность цепи О-антигена в силовом поле GLYCAM значительно отличается оттаковой в силовом поле OPLS-AA.
В то время как мы не наблюдали никаких конформа-1.2.3.2Поведение цепи О-антигена в силовом поле GLYCAM.131ционных переходов для остатков маннозы, для галактозы мы обнаружили несколько переходов с довольно большими временами жизни 1 C4 состояния (8–200 нс), а остатки рамнозы показали приблизительно трехкратный избыток в заселенности 1 C4 по сравнению с4C1 (∆� ∼ 2.9 ± 0.8 кДж/моль). Разрушение стартовой спиральной структуры после началь-ного периода длиной примерно 120 ± 80 нс (рис. 4.9 B) происходило за счет необратимого излома цепи, вызванного переходом � ���ℎ� связи в состояние �ψ . Затем, в течение 130±40 нспроисходят аналогичные переходы в других участках цепи, приводящие к образованию глобулы (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
