Диссертация (1150552), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Во всех трех случаях наблюдается быстрыйэкспоненциальный спад, несмотря на отсутствие колебаний двугранных углов. По этой причиненельзя отнести быстрый спад автокорреляционных функций исключительно к колебаниямдвугранных углов. В этом случае переходы между тремя бассейнами конформаций на картеРамачандрана имеют существенный вклад.Вторая строка показывает совсем другую картину. Корреляционные функциипрактически не спадают в течение ок.
7 нс. Действительно, как показано на Рисунок 3.12с, dскачки двугранных углов происходят очень редко и не могут быть причиной спадаавтокорреляционной функции, наблюдаемого на временной шкале нескольких наносекунд. Такпочему же, в принципе, автокорреляционная функция спадает в наносекундном режиме?Анализируя Рисунок 3.12f-g мы видим модуляцию во флуктуациях угла в диапазоне от -60˚до -120˚. Амплитуда этих изменений больше 50˚. Таким образом, она достаточно большая,чтобы привести к заметному нарушению корреляции.Далее перейдем ко второму подходу.
Более пристальный взгляд на карту Рамачандранапоказывает, что изменения угла можно интерпретировать как переходы между конформациейβ листа и структурой полипропилена II (PPII). Мы включили в анализ переходы между этимидвумя структурами и разделили карту Рамачандрана на четыре кластера (см Рисунок 3.13с).Полученные корреляционные функции представлены в виде сплошных синих линий на Рисунок3.11.Для аминокислот в первом ряду Рисунок 3.11 разница между этими двумя способамианализа движения пренебрежимо мала.
Следовательно, скачки двугранного угла междубольшими бассейнами конформаций на карте Рамачандрана являются основной причинойспада автокорреляционной функции. Напротив, во втором ряду четырех-кластерный анализпоказывает спад функции автокорреляции, который похож на потерю корреляции в обычнойтраектории (оранжевые кривые).
Это доказывает, что переходы между конформациями βлиста и PPII являются основным типом динамики, которая влияет на ЯМР релаксациюдля заряженной второй части хвоста H4. Мы назвали изменение двугранного угла междуконформациями β-листа и PPII «переходом», а не «скачком», поскольку энергетический барьермежду двумя бассейнами на карте Рамачандрана очень мал.Стоит отметить, что корреляционные функции для обеих псевдо траекторий на Рисунок3.11d и e совпадают, независимо от числа рассмотренных кластеров на карте Рамачандрана для113не глициновых остатков, потому что динамика для векторов NH обеих аминокислот (и + 1, и + 2) ощущает влияние переходов двугранных углов глицина.
По этой причине угловыетраектории, которые определяют автокорреляционные функции, одинаковые для обоихспособов анализа.На Рисунок 3.11f,g,i,j видно, что спад автокорреляционной функции остаетсянебольшим, несмотря на то, что были включены переходы β-лист - PPII (сплошная синяялиния). Это говорит о том, что спад автокорреляционной функции, наблюдаемый на Рисунок3.11f,g,i,j не связан с переходами β-лист - PPII только одной аминокислоты, однако находитсяпод влиянием движения предыдущих аминокислот.В итоге результаты, приведенные на Рисунок 3.11 можно резюмировать следующимобразом. Из анализа корреляционных функций для хвоста H4 с одной зафиксированнойпептидной плоскостью, мы установили, что движение является локальным в гибкой первойчасти пептида.
Анализ корреляционной функции, рассчитанной из псевдо траекторий, которыеисключают колебания двугранных углов, показал, что скачки двугранного угла имеют место наочень коротких временах, а также на более длинных временных масштабах. Таким образом, вобщем случае не представляется возможным отнести колебания и скачки к двум отдельнымэкспоненциальным функциям в двухэкспоненциальном анализе автокорреляционных функций ().
Переходы между β-листом и PPII конформациями могут быть причиной релаксации дляменее подвижных частей молекулы.3.4. Заключение по главе 3В данной части работы были измерены скорости15N ЯМР релаксации 1 и длянативно разупорядоченного пептида H4 при трех различных температурах, и также проведеносравнение результатов измерений со скоростями релаксации, извлеченными из моделированиямолекулярнойдинамики.Поставленныецелинаилучшимобразомвоспроизвестиэкспериментальные данные с помощью моделирования МД с различными моделями иполучить более глубокое понимание происхождения движений, обуславливающих ЯМРрелаксацию, были достигнуты.Моделирование МД с моделью воды TIP4P-D полуколичественно воспроизводит данныеэкспериментов.
Обнаруженная в расчетах температурная зависимость скоростей релаксациинаходится в очень хорошем согласии с экспериментальными данными. Теоретическая114зависимость релаксационных данных от последовательности, в целом, также хорошовоспроизведена. Стандартные модели воды недооценивают подвижность пептида, в результатечего формируются слишком компактные структуры и расчетные скорости релаксациизавышены. Исследуемый пептид, хвост гистона Н4, состоит из двух частей. Первая частьмолекулы Н4 является более подвижной и ведет себя как случайная цепочка.
ЯМР релаксация вней медленнее, чем в заряженной второй части, которая содержит аминокислоты с большимибоковыми цепями. Разница между этими двумя частями завышена в МД с TIP4P-D. Новаямодель воды TIP4P-D хотя и представляет динамику лучше из всех рассмотренных в работемоделей воды, но не воспроизводит мелкие детали структуры и динамики IDP моделируемогоздесь. Нужно иметь в виду, что модель воды TIP4P-D была разработана не для того, чтобыстать окончательной оптимизированной моделью воды для IDP, а просто была доказательствомтого принципа, что масштабирование дисперсионного взаимодействия в модели воды приводитк лучшему представление структуры и динамики IDP в целом. Таким образом, необходимостьразработки и применения соответствующих моделей воды для моделирования нативноразупорядоченных пептидов и белков остается задачей будущего.Рассмотрен вопрос о типах движений, которые обуславливают ЯМР релаксацию в IDP.Было обнаружено два вклада: один быстрый, на временном масштабе нескольких сотенпикосекунд, а второй на промежуточной временной шкале в 1-3 нс.
Сделано два наблюдения:(i) скачки двугранных углов могут способствовать быстрому затуханию корреляционнойфункции, и (ii) корреляционная функция спадает при отсутствии прыжков двугранных углов.Откуда мы приходим к выводу, что нельзя так просто разложить движения основной цепипептида и отнести два различных физических движения к двум экспоненциальныхкомпонентам в функциях автокорреляции. Биэкспоненциальное описание автокорреляционныхфункций представляет собой упрощенную модель, которая воспроизводит параметры ЯМРрелаксации, но не имеет четкого соответствия двум разным модам движения. Напротив, мывидим, что скачки двугранных углов присутствуют на быстром и промежуточном, а также и вмедленном масштабах времени.Таблица 3.1. Обзор мод движения, обнаруженных в различных исследованиях.МасштабвремениНазваниеДлина пептидаультрабыстрое<1 псXue/SkrynnikovAbyzov/BlackledgeДанная работаРазвернутыйубиквитин76ЛибрациипептиднойплоскостиНуклеопротеин вирусаСендай59, 81, 124---Хвост H426Либрации пептиднойплоскости115быстрое: τ1, a1100 пс---Либрации пептиднойплоскостипромежуточное:τ2, a21 псМалые движениясегментов пептидаЛокальное движениеосновной цепимедленное10 псДвижения пептидакак целогоДвижение, связанное связкостью, движениесегментов или цепейФлуктуациидвугранных углов +скачки, изменения вудаленном окруженииФлуктуациидвугранных углов +скачки, изменения вудаленном окружении---Эта интерпретация может быть сравнена с интерпретациями из прежних исследований.Таблица 3.1 дает обзор по интерпретации Xue и Skrynnikov [142], а также Abyzov и Blackledge[166], и классифицирует различные интерпретации в одной общей номенклатуре.Наша интерпретация отличается от предыдущих опубликованных интерпретаций внескольких отношениях: Xue и Skrynnikov не нашли движения в шкале времени 100 пс иинтерпретировали промежуточное движение как движение пептидных сегментов.
В их работедвижение пептида как целого было необходимо для объяснения спада автокорреляционнойфункции к нулю. В интерпретации Abyzov и Blackledge быстрое движение пептида – этолибрации пептидной плоскости, а промежуточное движение вызвано локальным движениемосновной цепи.Abyzov и др.
[166] обнаружили, что аминокислоты, расположенные ближе к концу белка(до 15 аминокислот с конца) подвержены влиянию только двух типов движений, а не трех.Медленное движение не несет вклада, так как аминокислоты, близкие к концу белка двигаютсякак неограниченные случайные цепочки. Наш пептид состоит только из аминокислот, которыенаходятся в диапазоне до 13 остатков до N- или C-конца пептида.
По нашим данным ЯМРрелаксация обусловлена двумя доминирующими быстрыми модами движения.Сравнение экспериментальных данных ЯМР релаксации с молекулярной динамикой даетценную информацию о динамике нативно разупорядоченного пептида. Движение IDP, которыйявляется случайной цепочкой может быть объяснено в большой степени сложнымидвижениями двугранных углов, которые простираются от пикосекундной до наносекунднойобласти во времени, и включают несколько соседних аминокислот.116ЗаключениеДиссертация представляет развитие методов ЯМР в нескольких направлениях. Вопервых, предложен ряд новых подходов ЯМР спектроскопии для белков в агрегированномсостоянии, позволяющих с помощью наблюдения спектров глобулярной формы белка сделатьвыводы о степени разупорядочивания пептидных цепей в агрегированном состоянии. Такжепредложен метод для определения параметров распределения частиц по размерам вполидисперсной системе агрегатных частиц.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
