Диссертация (1150552), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Это указывает наразличия в динамике двух частей: первая часть молекулы ведет себя как разупорядоченныйклубок, а во второй части молекулы более компактные структуры стабилизированыводородными связями, которые периодически исчезают и образуются при низких температурах.Форма этой части напоминает расплавленную глобулу: структура является более компактной,чем в случайной катушке, но она все еще не определена и изменчива.
При 55°С соотношениевкладов от быстрого и медленного движения для второй части пептида приближается ксоотношению наблюдаемому в первой части. Это показывает, что при высокой температуреболее компактное состояние, в какой-то мере, напоминающее расплавленную глобулу,начинает превращаться в структуру случайного клубка.Для того, чтобы выяснить, приводит ли движение на промежуточном масштабе времени,обнаруженное в этом исследовании, к полной потери корреляции, и проверить насколькодалекораспространяетсялокальноедвижение,мыпровелиследующиймысленныйэксперимент. Мы фиксируем один аминокислотный остаток пептида, например, путемхимического связывания с большой наночастицей. Зафиксированная аминокислота больше неучаствуетвконформационномдвижении.Соседниеостатки + 1,−1сильноконформационно ограничены зафиксированной аминокислотой . Увеличивая расстояние дозафиксированной аминокислоты, и наблюдая за аминокислотными остатками в положениях +/2, мы обнаружим увеличение доступного конформационного пространства.
Таким образом,влияние зафиксированной пептидной плоскости уменьшается по мере увеличения расстояниядо зафиксированной аминокислоты. На определенном расстоянии от нее движение NH-связипрактически неограниченное. Мы можем определить, как далеко распространяется влияниеодной зафиксированной пептидной плоскости путем сравнения корреляционных функций NHвекторов фиксированной молекулы с таковыми для NH-векторов в свободном пептиде взависимости от расстояния до неподвижной аминокислоты.Мы выполнили этот эксперимент, используя записанные траектории МД, совместивпептидную плоскость (атомы Cα, C, O аминокислоты − 1 и атомы N, Cα аминокислоты ) длякаждого кадра траектории с изначальной конформацией при t = 0.
Для выровненной молекулы,были рассчитаны корреляционные функции (см. Рисунок 3.11). Первая строка показываеткорреляционные функции для молекулы, у которой была зафиксирована пептидная плоскостьмежду остатками 6 и 7 (оранжевый), а также функции для свободного пептида (зеленый). Вовтором ряду приведены корреляционные функции для траектории с выравненной пептиднойплоскостью между остатками 20 и 21.107Рисунок 3.11. Сравнение корреляционных функций NH для свободного пептида (зеленый) ипептида, в котором одна пептидная плоскость зафиксирована (оранжевый).Оранжевые линии (a-e) можно понимать следующим образом: панель (b) показываеткорреляционную функцию NH-вектора аминокислоты номер 6 в случае, когда пептиднаяплоскость 6,7 фиксируется, панель (d) изображает функцию корреляции NH аминокислотыномер 8, расположенную рядом с фиксированной аминокислотой и панель (e) показываетфункцию корреляции NH аминокислоты номер 9, расположенную в позиции i + 2 отнеподвижной пептидной плоскости.
То же самое для панелей (a, расстояние до фиксированнойплоскости составляет 1 аминокислоту) и (b, расстояние составляет 2 аминокислоты).Второй ряд панелей сгенерирован таким же образом. С ростом расстояния до фиксированнойаминокислоты, первоначальная подвижность все больше и больше восстанавливается. В болееподвижной богатой глицином части пептида (первая строка) длина корреляции движениясоставляет около 2-3 аминокислот, в то время как для менее гибкой второй части пептида онасущественно больше.Синие линии показывают результаты для псевдо-траекторий. Пунктирные линии соответствуютпсевдо-траектории, для которой переходы внутри бассейна конформаций β-лист на картеРамачандрана не засчитывались как прыжки. Сплошные линии соответствуют псевдотраектории, для которой переходы внутри бассейна конформаций бета-лист интерпретируютсякак скачки (подробности в тексте).
Сравнение линий для псевдо-траекторий с оранжевыми108линиями показывает, что отсутствие колебательных движений слабо влияет на функциюкорреляции для первой части хвоста H4. Таким образом, ответственное за релаксациюдвижение в этой части H4 – это в основном скачки между различными бассейнамиконформаций на карте Рамачандрана. Наоборот, во второй части молекулы синие пунктирныелинии и сплошные синие линии существенно различаются.
Переходы между бассейнамиконформаций на карте Рамачандрана являются редкими событиями (синяя пунктирная линияпрактически не спадает). Для этой части пептида ответственное за ЯМР релаксацию движение –это колебания, не выходящие за пределы одного бассейна конформаций.В первом ряду Рисунок 3.11 для функций корреляции NH аминокислот 5 и 9, которыенаходятся в положениях +/- 2 от зафиксированной пептидной плоскости, спад происходитпрактически так же быстро и полностью, как для свободного пептида (пунктирные оранжевые изеленые линии на Рисунок 3.11a и е). Это говорит о том, что динамика, которая обуславливаетпотерю корреляции не связана с кооперативными движениями более 4 аминокислот.
Такимобразом, это очень локальное движение. Можно сравнить этот вывод с длиной персистенциипептидной цепи [175]. Длина персистенции с одной стороны является мерой жесткостимолекулы, а с другой стороны мерой распространения динамических мод.
Ни одна изприсутствующих мод движений не может распространяться более чем на две длиныперсистенции. Из МД траектории была определена длина персистенции. Она имеет значение в2,0 аминокислоты (данные не показаны), и, таким образом, полностью согласуется снаблюдаемой динамикой в пептиде, который фиксируется по одной пептидной плоскости.
Этоозначает,чтомедленноедвижениеиглобальныеконформационныедвижениянеобуславливают ЯМР релаксацию для хвоста H4. Такой результат оправдывает использованиеподхода с двухэкспоненциальной аппроксимацией функций корреляции, а также подтверждает,что мы отслеживаем все важные движения, хотя мы не обращаем внимания на () < 0,05при аппроксимации.Во втором ряду Рисунок 3.11 влияние зафиксированной пептидной плоскостипростирается на большее расстояние. Это согласуется с более высокими скоростями релаксациии интерпретацией Рисунок 3.7: вторая часть хвоста H4 демонстрирует динамику расплавленнойглобулы, но не разупорядоченного клубка.Что же в таком случае может быть причиной возникновения двух экспонент в спадеавтокорреляционных функций? Из вышеприведенного анализа мы знаем, что обе экспонентыпроисходят из-за довольно локальной динамики.
На локальном уровне колебания двугранныхуглов являются наиболее весомым вкладом в динамику основной цепи. По ходу времени109двугранный угол колеблется вокруг некоторого значения, а затем переходит к другойконформации, вокруг которой происходят колебания в дальнейшем. Движение двугранногоугла, таким образом, состоит из колебаний и скачков. Это можно наблюдать для траекторийдвугранного угла, показанных на Рисунок 3.12.Рисунок 3.12.
Отрезки траекторий для двугранных углов (красный) и (черный) дляразличных аминокислотных остатков H4. Представление было сдвинуто таким образом, чтобыизбежать прыжков на 360°. Левая панель (a-e) содержит траектории для аминокислот из гибкойпервой части хвоста Н4 с частыми скачками угла , в то время как правая панель (f-j) содержиттраектории для второй части хвоста Н4. На правой панели можно видеть, что скачки угла могут происходить кооперативно. Кроме того, наблюдаются модуляции угла в тех регионах,где двугранный угол скачки отсутствуют. Их амплитуды достаточно большие чтобы привести кспаду функций автокорреляции.Показаны траектории длиной 500 нс для двугранных углов (черный) и (красный) дляостатков 5-9 из гибкой первой части молекулы и остатков 19-23 второй болееструктурированной части хвоста H4.
Для того, чтобы избежать загроможденности на графике110отложены только точки через каждые 100 пс. Кроме того, чтобы избежать скачков углов междуположениями 180˚ и -180˚, точки смещены по оси ординат, чтобы иметь наименьшеерасстояние между значениями.Отслеживая типичные изменения на траекториях двугранных углов, можно выделитьтри различные модели.1) Динамика остатков глицина (Рисунок 3.12а, с, d) явно отлична от таковой для неглицинов. Из-за отсутствия боковой цепи глицин конформационно гораздо более гибкий иможет принимать значения двугранного угла, которые запрещены для других остатков.Поэтому мы видим частые переходы угла между значениями 90˚ и -90˚, которые отсутствуютв других аминокислотных остатках.2) Не-глициновые остатки в первой части (Рисунок 3.12b,e) обнаруживают частыескачки угла (между -60˚ и 180˚) и быструю модуляцию угла (между -60˚ и -150˚).3) Скачки двугранных углов не-глициновых остатков во второй части пептида намногореже для обоих углов и и показывают признаки кооперативности.
Это можно наблюдать,сравнивая траектории углов для остатков 20, 21, 22 (Рисунок 3.12g-i), которые содержатодновременно скачки в моменты времени 1560 и 1715 нс.Далее, мы исследовали влияние флуктуаций двугранных углов на автокорреляционныефункции путем генерации псевдо-траекторий, в которых отсутствовали колебания двугранныхуглов. Процедура подробно описана в разделе 3.2.
Материалы и методы. Псевдо-траекториидолжны ответить на вопросы: (1) являются ли колебания двугранного угла причиной быстрогоспада автокорреляционной функции и (2) являются ли скачки двугранного угла причиноймедленной части спада?Рассмотрим два подхода анализа с разным количеством выделенных конформаций дляне-глициновых аминокислотных остатков. Будем выделять 3 и 4 бассейна по областям значенийуглов и .На карте Рамачандрана для глицина и для не глициновых аминокислотных остатковбыли определены наборы опорных углов и , вокруг которых колеблются двугранные углы.В первом подходе, псевдо-траектория для не глициновых остатков содержит переходыдвугранного угла только между тремя большими бассейнами на карте Рамачандрана (β-лист, αспираль и левая α-спираль, см.
Рисунок 3.13). Траектории были выровнены по одной пептидной111плоскости (остатки 6/7 или 20/21) таким же образом, как описано выше для мысленногоэксперимента, и показаны на Рисунок 3.11 в виде синих пунктирных линий.abcРисунок 3.13. Карта Рамачандрана двугранных углов основной цепи для (a) глицина и (b, c)глициновых аминокислотных остатков. Карта Рамачандрана для глицина разделена на пятьразличных регионов. Карта Рамачандрана для не глициновых аминокислотных остатков быларазделена либо на три (b, β-лист, α-спираль, левая α-спираль) либо на четыре разных области (c,β-лист, PPII, α-спираль, левая α-спираль).
В последнем случае область для β-листа разделяетсядополнительно на области для β-листа и PPII. Точка с максимальной населенностью в каждойобласти отмечена кружком.Мы начнем описание результатов с Рисунок 3.11c. Из-за отсутствия колебанийдвугранного угла NH-вектор прилежащий к выровненной пептидной связи полностьюнеподвижен. Таким образом, автокорреляционная функция сохраняет значение 1 на временнойзависимости. Соседний NH-вектор в положении + 1 (остаток 8 на Рисунок 3.11d) имеет112автокорреляционную функцию спадающую неэкспоненциальным образом и сильно напоминаеторанжевую пунктирную линию. То же самое справедливо для корреляционных функций впозициях +/- 2 (остатки 6,9 на Рисунок 3.11a, е).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
