Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 100
Текст из файла (страница 100)
Октадекапептидные участки гормонов (соответственно 1-18 и 5-22) отличаются лишь двумя остатками; вместо Бег я Ьуа~ у !5-МСГ быка в последовательности !)-МСГ человека находятся соответственно остатки 01п" н Аг8'с (рис. П1.29), Несмотря на близость химического строения двух родственных гормонов, конформационный анализ !)-меланотропнна человека выполнен в значительной мере независимо от результатов расчета гормона быка (сравните рис. 1!1.28 и 111.29). Из полученных ранее данных были использованы в качестве исходных структурных вариантов конформационные состояния додекапептидного фрагмента Ме! -Азр' (5-МСГ быка.
Расчет Х-концевой половины А!а'-Аг8'" гормона человека, существенно отличакнцейся от соответствующего участка гормона быка, выполнен по схеме, приведенной на рис. 111.29. Пропустим все промежуточные стадии конформационного анализа !5-МСГ А!а'-Азр~~ и перейдем сразу к обсуждению результатов расчета заве~- шаюп!его этапа н сопоставлению их с данными анализа Д-МСГ Азр— Азр'~. У молекулы ))-меланотропнна человека было проанализировано 220 начальных приближений, составленных из 20 оптимальных конформаций фрагмента А1а -Аг8 и 1! оптимальных конформаций фрагмента Ме! ш и Азрз~, представляющих собой лучшие структурные варианты различных шейпов пептидного скелета. В результате полной и частичной минимизации энергии, построения конформационных карт и снятия наталкиваний оказалось, что только девять оптимальных конформацнй обладаю г относительной энергией, не превышающей !О ккал/моль (табл.
П1.27). Как н во всех других рассмотренных случаях, низкоэнергетические просгранственные структуры молекулы являются комбинациями предпочтительных состояний фрагментов. Количество выгодных конформаций на ряде участков последовательности ограничено, а их сочетания обнаруживают чрезвычайную чувствительность к энергии межостаточных взаимодействий. Наиболее подвижной в структтрах молекул !)-МСГ человека н быка является последовательность Ме!' -О!у" (Ме!' — О!у'~).
У октадекапептнда конформационные возможности этого участка характеризуюз восемь низкоэнергетическнх состояний (см. табл, 1П.26), а у докозапептн- Збя Гиблици И27 Шейиы иеитииного скелета ннзиоаиергстичыиит ионформаняй молеаулы р-мсланотроиниа чолоаоаа ефег еее)Е 0 -129,1 6,2 16,4 /ееД еее)7 3,6 -! 21,1 -5,7 24 2 5,5 -! 15,1 -9,7 24,5 Усев — сеете 4,9 -119,1 -6,8 24,5 8,0 — ! 13,4 — 3,3 18,3 8,1 -112,6 -2,3 16,6 8,8 — 1! 3,7 -0,6 19,6 9,! — 122,4 2,3 22,8 5 ей У е)))Уе )йУе еееге 9,4 — 114,1 4,4 13,2 еееЩ УееД' еее)У да — пять состояний, входящих в состав отмеченных восьми (табл. П1.27).
Особенно близки у обоих гормонов конформационные возможности С-концевых гексапептидных участков О!у'~-Азрьт (О!у'3-Аэр'8), описываемые структурами шейпов еее2е,усев'и ееея~г. Что касается пространственного строения гомологичных Х-концевых фрагментов Азр' — Ме!" и Азр' — Мегт молекул !)-МСГ человека и быка, то оно существенно различно в обоих случаях. Это связано не столько с заменой Бег на О1п и тем более Ьуэ на Агя, сколько с появлением у !)-меланотропина человека тетрапептидного фрагмента А!а -О!и -Ьуа — Ьуэ, включающего четыре ионогенных остат- 1 2 3 4 ка, три нз которых имеют сложные боковые цепи.
'Глобальные и некоторые другие низкоэнергетические конформации гормонов имеют одинаковые состояния фрагментов Ма!!!-Ау 2 и Ме17- Азр'8 и отличаются состояниями фрагментов Аэр5-Мег! ! и Азр -Ме17 (см. табл. 1П.2б и П1.27). Следовательно, ответственными за одинаковые функции !)-меланотропинов человека и быка являются близкие по своей структурной организации С-концевые додекапептндные участки гормонов. Молекулы )5-меланотропинов человека н быка включают большое число ионогенных атомных групп (соответственно 13 и 9 с приблизительным равенством положительных н отрицательных целочисленных зарядов). Силы отталкивания н притяжения зарядов в лучших конформацнях гормонов в значительной мере компенснруктт друг друга; суммарная энергия электро- 369 Шейлы пептндного скелета оптнмктьны» «онформанпй молекулы у-меланотрипнпа па.
ккаайеоль Кн ° ккал/моль Шейп Шейп ей /ее/еее е/ефееее/ 1й/е/ее/ее /!//еее/еее е/ее/есуге/ /й/ееее/ее /р/еее/е/е 5,7 5,8 6,3 6,4 6,6 7,4 8,4 е/ее//га/е ,щге/еде/ ееее//е//е/ ////е/////е ///уе ее//е/ е/еейее/ее е/ее//уеее 0 1,8 2,7 3,6 3,7 4,5 5,1 4 12 4 15 17 1 2 * л — число однотипных структур у-меламотролнна, отлнчаюнхнхса конформацноннымн состохннлмн участка Туг -01у . 1 Е 370 статических взаимодействий составляет лишь несколько процентов от об. щей конформационной энергии.
Однако это не значит, что электростати. ческий вклад не существен в определении конформационного равновесия Определяющую роль здесь играют внутренний компенсационный харак. тер и альтернативность электростатических взаимодействий по отношению к дисперсионным взаимодействиям, а также то обстоятельство, что из всех видов взаимодействий валентно-несвязанных атомов электростатн ческне силы относятся к самым дальним и чувствительным к окружению, у-Меланотропин.
Молекула 7-меланотропина быка представляет собой пептидную цепь из 12 аминокислотных остатков: Туг -Ча! -Мег — О!уч— г 3 -Н!5~-Р!ге~-Агй~-Тгрк-Азро-Аг81о-Р!те' ' — О!у~~. Типичный для а- н !3-форм мсланотропинов гептапептидный участок Мег -О!и -НВ -Р!ге -Агй — Ттрн 5 4 5 6 7 к — 01~~ здесь модифицирован; остаток 01п' заменен на О!уе, а О!у" — на Аьр . Отрицательный заряд как бы передвинут с начала участка на конец. Среди рассмотренных меланотропинов РМСГ содержит наименьшее число остатков.
Тем не менее расчет этого гормона оказался наиболее многоступенчатым и трудоемким, что связано со слабой дифференциацией конформационных состояний по энергии и необходимостью анализа большого количества структурных вариантов. Потребовалось рассмотрение целого ряда ди-, три- и тетрапептидов, низкоэнергетнческие конфозпмацни которых послужили исходными в расчете фрагментов Туг — Рпе, Нга -Агй 1 6 10 и Нгз -О!у . На завершающем этапе были использованы низкоэнерге- 5 1г тические структуры гексапептида Туг — Р!ге и октапептида НВ -О!у ', 1 6 5 11 принадлежащих соответственно 21 и 27 шейпам пептидного скелета н имеющих энергию с 7,0-8,0 ккал/моль.
Всего было проанализировано 228 конформаций 7-МСГ 216 форм основной цепи 168 шейпов. Минимизация энергии не выявила существенной детерминации оптимальных структур. В интервал 0-10,0 ккал/моль попало 78 коиформаций 14 типов, которые приведены в табл. П1.28. Полученные данные, таким образом, свидетельствуют об отсутствии в последовательности у-МСГ в отличие от других меланотропинов четких нуклеационных участков, складывающихся в определенную структуру под воздействием средних взаимодействий, Тиблюн П1.28 Глава ]3 ПРОСТРАНСТВЕННОЕ СТРОЕНИЕ СЕКРЕТИНА Низкомолекулярные пептиды, в частности пептндные гормоны, как дравило, наделены несколькими функциями. В этом отношении они отличаются от белков, которые, за редким исключением, монофункциональны.
Физиологическое действие отдельного природного пептнда часто проявляется в совершенно различных системах организма и по своему характеру настолько разнообразно, что в такой сложной картине подчас трудно увидеть стимулирующее начало одного соединения н обнаружить между многими активностями пептида какую-либо связь. Несмотря на сложность функционального спектра, механизмы всех физиологических действий пептида совершенны по своей избирательности, чувствительности и эффективности.
Поэтому прн изучении конкретной функции возникает представление о молекулярной структуре пептида как о специально предрасположенной для выполнения только единичного рассматриваемого действия. Природным олигопептидам присуща согласованность двух на первый взгляд взаимоисключающих качеств — полифункциональности и строгой специфичности. Подход к установлению количественной зависимости между строением и биологической активностью олигопептидов, детально рассматриваемый в следующем ~оме монографии Проблема белка", включает решение двух структурных задач, названных автором данной монографии ]28] прямой и обратной. Прямая задача заключается в выявлении всех низкоэнергетических конформационных состояний природного олигопептида, которые потенциально, как будет показано, явпяются физиологически активными.
Эта задача требует знания только амннокислотной последовательности молекулы и решается на основе теории и расчетного метода, использованных уже в анализе структурной организации многих олигопептидов. Обратная структурная задача по своей постановке противоположна первой. Ее назначение заключается в априорном предсказании химических модификаций природной последовательности, приводящих к таким искусственным аналогам, каждый нз которых имеет пространственное строение, отвечающее конформации, актуальной лишь для одной функции исходного соединения. Конечная цель решения обратной задачи, таким образом, состоит в прогнозировании монофункциональиых аналогов, которые бы только в своей совокупности воспроизводили полный набор низкоэнергетическнх конформаций природного пептида н весь спектр его биологического действия (подробно см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
