Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 101
Текст из файла (страница 101)
гл. 17). Настоящая глава посвящена структурной организации пептидного гормона секретина, т.е. обсуждению результатов решения прямой структурной задачи, достаточно сложной для теоретического конформационного анализа молекулы [215]. В. Бейлисс и Э. Старлинг (216] в самом начале нашего века обнаружили в слизистой оболочке верхней части тонких кишок некий химический фактор, который, освобождаясь при контакте с соляной кислотой и всасываясь в кровь, стимулировал отделение панкреатического секрета гуморальным путем. Он был назван секретином и отнесен к группе гормонов, название которой впервые н появилось в связи с 371 открытием этого стимулирующего фактора.
Химическое строение секре тина было установлено Дж. Джорпесом [2 17). Оказалось, что он представ. ляет собой олигопептнд, состоящий из 27 аминокислотных остатков. Снн. тез всей последовательности секретина осуществлен М. Бодански и соавт, [218]. Секретин, как и глюкагон, вазоактнвный интестннальный пептид гастрин, гастроингибирующий пептид и ряд других, относится к гормонам желудочно-кишечного тракта.
Считается, что основная роль секретина состоит в регуляции секреции сока поджелудочной железы [219), куда он попадает с током крови и где также оказывает стимулирующий эффект на секрецию инсулина [220, 221]. Позднее был выявлен ряд других функций секретина в пищеварительной системе. Оказалось, что он стимулиру.
ет выделение пепсина желудком и бнкарбонатов и воды поджелудочной железой и печенью, влияет на сокращение пилорнческого канала, торможение моторики желудка, приводит к ослаблению электрической активности тонких кишок, усилению кровотока в поджелудочной железе, интенсификации липолиза и гликолиза в жировой ткани, торможению реабсорбцни бикарбонатов и почках и т.д. [222]. Секретин, как и другие пептиды кишечно-желудочного тракта, был найден также в центральной нервной системе, что указало на возможность его нейроэндокринной активности [223, 224]. Действительно, позднее обнаружилось влияние секретина на отделение нейрогормонов в передней доле гипофиза [225]. Выяснено, что он ускоряет круговорот и увеличивает содержание дофамина в медиальной эминенции, повышает обмен норадреналина в паравентрикулярных ядрах гипоталамуса и снижает секрецию пролактина [224].
Предполагается также участие секретина в функционировании симпатической нервной системы [225, 226]. В опытах с крысами при введении секретина наблюдалось, например, увеличение частоты и силы сердечных сокращений, причем эффект имел место как при спонтанных, так и при электростимулированных сердцебиениях; действие секретина при этом не подавлялось пропранололом [227, 228]. Таким образом, секретин в качестве гормона участвует в деятельности пищеварительной системы, центральной нервной системы и симпатической части вегетативной нервной системы, причем в каждой из них он выполняет ряд регуляторных, а возможно, и других функций. Иными словами, молекула секретина полифункциональна, Исследование разнообразных натуральных и синтетических фрагментов секретина показало, что всем спектром гормональной активности обладает целая интактная молекула [229, 230).
В структурных исследованиях обычно используют синтетический гормон [231-233]. Кривые КД и ДОВ синтетического секретина и его фрагмента (5-27) оказались сходными по основным характеристикам [233]; был сделан вывод, что в стабилизации конформации секретина в растворе вклад его Х-концевого тетрапептидного участка невелик. Исследование методом кругового дихроизма последовательно наращиваемых синтетических фрагментов секретнна показало, что пептидная цепь молекулы частично свернута в а-спиральную форму [232 — 234); были выделены два потенциально возможных спиральных участка — один в [ч-концевой, другой 372 С-концевой частях пептида. Существенное значение в стабилизации дпиформации секретина, по мнению М. Бодански и соавт.
[235), должны трать взаимодействия между отрицательно заряженными остатками О!п" и АаР'з и положительно заРЯженными остатками четыРех аРгининов )Аг8'з, Агй'4, Агй'а, Агйм) последовательности молекулы, поскольку замещения Ипз и Азрм соответственно на нейтральные остатки Ип" и Аапм приводило к заметному изменению спектров КД исходного соединения. Применение ЯМР-спектроскопии (236) привело к предположению о наличии структуры секретина, предпочтительной для кислой среды, стабилизированной взаимодействиями остатков на участках последовательности 1-14 и 15 — 27.
В то же время результаты ряда других экспериментальных исследований дают основание полагать, что секретин довольно устойчив и ие теряет биологических свойств как в чистой воде, так и в присутствии яипидов 1237-239]. По аналогии со структурами фрагмента 1-29 релизинг фактора гормона роста, его аналогов и глюкагона секретину, принадлежащему к одному с ними семейству, приписывается полностью а-спиральная конформация 1240-243]. В работе )244) исследовано пространственное строение молекулы секретина в растворе диметилсульфоксида с помощью 'Н-ЯМР-димериой спектроскопии с привлечением эффекта Оверхаузера и эмпирических корреляций.
Полученный набор из 98 значений двугранных углов <р и межатомных расстояний использован в качестве исходного экспериментального материала для расчета структуры секретина методом молекулярной динамики. Определение проводилось в два этапа. Сначала рассчитывалась серия конформаций, удовлетворяющих вводимым опытным значениям. Затем у них были отобраны десять наиболее близких структурных вариантов, на основе которых построена новая конформация молекулы, в наибольшей степени соответствующая, по мнению авторов, результатам экспериментальных измерений. После тщательной минимизации она была признана глобальной структурой гормона в растворе )3МЗО.
Поскольку волностью пространственное строение секретнна описывается более 130 независимыми конформационными параметрами, то расчет Т. Блан- делла н С. Вуда )244), выполненный на основе 98 экспериментальных данных, не может считаться объективным, особенно если в растворе реализуется не одна конформацня, а несколько. Определение структурной организации секретина, проникновение в область его взаимоотношений с рецепторами, принадлежащими разным системам организма, выяснение кинетики и динамики механизмов этих отношений, понимание на атомно-молекулярном уровне назначения секретина в их реализации, умение целенаправленно влиять на его регуляторные и другие физиологические действия и, наконец, создание соответствующих фармацевтических препаратов — все это не может быть достигнуто традиционным путем, т.е.
на чисто эмпирической основе и при использовании исключительно экспериментальных методов, как бы разнообразны и совершенны они не были. Даже первый шаг в сторону сознательного количественного изучения структурно-функциональной организации секретина, а именно исследование конформационных возможностей молекулы и определение набора ее низкоэнергетических пространствен- 373 НЬ аЕ А1РЩз)заРае1Ые4104Еа агг Аг81еенА48 АейаегА1а А4еа гйеДейгйЪЬЪ1ААь1.
881 1 3 Ь 7 9 1г 1ь 1В 20 гг 27 Р и с. П!.30. Схема конфирмационного анализа молекулы секрстина ных структур, нельзя сделать иначе как только на основе конформационной теории природных пептидов и соответствующего метода расчета. Как и в рассмотренных выше случаях, здесь нельзя привести в обсудить все детали априорного расчета трехмерной структуры молекулы секретнна. В этой главе представлены в сжатой и полуколнчественной форме данные о всех этапах конформационного анализа секретина и описаны особенности структурной организации гормона. Конформационный анализ секретина выполнен по представленной на рис. П1.30 схеме, в которой порядок расчета фрагментов указан стрелками. Напомним, что при наличии согласованности всех видов внутримолекулярных нзаимодействий способ разбиения аминокислотной последовательности на отдельные фрагменты и порядок расчета не имеют принципиального значения н не влияют на конечный результат.
Схема теоретического конформацнонного анализа диктуется техническими, иногда интуитивными соображениями, а чаще всего подсказывается самим ходом решения задачи. 11озтому лишь в конце расчета становится ясным окончательный вариант разбиения цепи на участки и последовательность их анализа. Исследование конформационных возможностей Х-концевого гептапептид. ного фрагмента секретина Н)з'-ТЬгз было начато с детального анализа пространственного строения его трипептидных участков Н)з -Бег -Азрз в 1 2 3 Т)зг'-Р)зеа-Т)пу. Затем при всех возможных сочетаниях найденных низко- энергетических состояний трипептидов рассчитывались потенциальные поверхности гептапепгида путем построения семейства конформационных карт 404 — з)44 срединного остатка хз1у4.
Значения двугранных углов 404, зу4 низкоэнергетических областей каждой конформационной карты и геометрия соответствующей комбинации предпочтительных конформаций свободных трипептидов служили исходными для минимизации структурных вариантов Н)зе-ТЬгз. Для первого трипептида было составлено 125 начальных приближений, а для второго — 82. Результаты минимизация сгруктурных вариантов при изменении двугранных углов основной цепи (40, з)у, ш) и боковых цепей еу) свидетельствуют о слабой энергетической 374 дифференциации конформаций обоих трнпептидов по шейпам; фактически вгввновероятными для них являются состояния всех возможных структуряых типов (ее, е~, /е иЩ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
