Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 102
Текст из файла (страница 102)
Более существенная дифференциация наблюаается по формам основной цепи в пределах одного шейпа. Во всех случаях предпочтительными оказываются конформации с К- и В-формами остатков, Для дальнейшего анализа оставлены наборы низкоэнергетичееких конформаций Н(з| — Азрз и Тпг' — Тйг' всех четырех типов. В их состав вошли все варианты с К- и В-формами остатков, а у шейпов ее и/е, кроме того, н с 1=формой. Около 300 конформационных карт у4-щ, построенных при фиксированной в отобранных низкоэнергетических состояниях геометрии трипептидных участков, которые расположены по обеим сторонам О!у~, позволили обнаружить на потенциальной поверхности 262 области низкой энергии.
Онн отвечали 133 различным формам основной цепи фрагмента Н(з|- Тпгз, принадлежащим 64 шейпам, т.е, максимально возможному для гептапептида количеству структурных типов. Все они были приняты в качестве исходных приближений для минимизации энергии при вариации углов у, дг, ш и у. Результаты минимизации показали, что Х-концевой гептапептидный участок секретина в своем свободном состоянии обладает большой конформацнонной свободой. В интервал относительной энергии 0-5,0 ккал/моль попадают 60 его оптимальных конформаций 22-х существенно различных шейпов пептидного скелета, а в интервал 0-10,0 ккал/ моль — 202 конформации 57 шейпов.
Самые выгодные по энергии и наиболее представительные по числу ннзкоэнергетических вариантов (следовательно, предпочтительные и по энтропии) конформации фрагмента Н(з|-ТЬгз принадлежат шейпам фе7" (О; 4), е/сей (0,5; 6), елее/' (0,6; 6), Яее/ (1,0; 10), ее//е/' (1,9; 2), ЯееЯ'(2,1; 3), е//е// (2,2; 4); в скобках первое число означает минимальную относительную энергию конформации, а второе — количество конформаций в интервале 0-5,0 ккал/моль.
Наиболее низкоэнергетические структуры гептапептида во всех случаях представляют собой комбинации самых выгодных состояний трнпептндов. При объединении последних в единый фрагмент возникают дополнительные стабилизирующие взаимодействия, которые, однако, не нарушают взаимодействий. сложившихся ранее на более коротких свободных участках последовательности. Для дальнейшего конформационного анализа были оставлены все конформации гептапептида Н(з'-Тпгт с энергией от 0 до 5,0 ккал/моль. Совместное рассмотрение тетрапептидов О1иэ — Агй'"-, Агйм — Азр" и Азр"-Агдп вызвано наличием определенной аналогии в их химическом строении, проявляющейся в конформацнонных возможностях фрагментов. Все они имеют на обоих концах своих цепей остатки, боковые цепи которых несут целочисленные разноименные заряды.
Следовательно, уже из общих соображений можно предположить, что наиболее предпочтительными будут у них конформации шейпов, обеспечивающих сближенность первого и четвертого остатков и тем самым образование между ними эффективных электростатических и дисперсионных взаимодействий. Такими шейпами для тетрапептидов являются е/е, е//, фе и//7".
Далее можно полагать, что из них самым выгодным будет шейп/Л"-, т.е. виток 375 а-спирали, стабилизация которого осуществляется не только благодар„ сближенности боковых цепей первого и четвертого остатков, но также за счет водородных связей и эффективных взаимодействий в этом случа~ всех элементов пептиДной цепи. У тетРапептида Агй'з-Ьеи'з-Агй'4-АзРм с конформациями типа,:ф' могут конкурировать лишь конформации еу/, аналогичные в отношении отмеченных стабилизирующих взаимодействии н, как и при шейпе Щ обеспечивающие удаленность положительных зарядов боковых цепей остатков Агрп и Агй'".
Относительно высокой энергией у всех трех тетрапептидов должны обладать конформации шейпов еее, ее/, /ее и/е/, у которых значительно менее эффективны взаимодействия между концевыми остатками, а у фрагмента Агй'з-Азрм кроме того, велики дестабилизирующие взаимодействия между сближенными при этих шейпах остатками Агф- 'и Агф4. Результаты расчета полностью подтвердили эти соображения. Дальнейшее исследование пространственного строения секретина трудно было проводить путем прямого перехода от фрагментов Н(а'-Т)зг' и О(п"-Агйм к участку Н)а'-Агйм из-за конформационной лабильности 1ч-концевого гептапептида. Оказалось целесообразным предварительное рассмотрение конформационных возможностей фрагмента Р)зев-Агйп.
Его расчет базировался на результатах анализа тетрапептида О!пз-Агйы и данных о низкоэнергетических состояниях свободных монопептидов Р)зе, Тпг и 5ег. Были учтены все конформации О1и~-Агйм шейпов е/е, е//; фе, ф с энергией, меньшей 5,0 ккал/моль. Другой тетрапептидный участок Р)геь-О!из представляли в расчете структурные варианты максимально возможных для него восьми типов. Всего было рассмотрено около 250 структур 32 шейпов гептапептидного скелета. Минимизация энергии по углам гр, дг, гп и у выявила резкую энергетическую дифференциацию конформаций Рпеь-Агй'з. В интервал 0-10,0ккал/моль вошло только восемь структур фрагмента, причем все они имеют преимущественно свернутую форму основной цепи, а глобальной является полностью а-спиральная структура.
Исследование конформационных возможностей додекапептида НВ' — Агй'з проведено по данным анализа его гептапептндных фрагментов, перекрывающихся по двум остаткам. Минимизации энергии было подвергнуто — 150 вариантов, Все оптимальные пространственные структуры НВ' — Агд'з с относительной энергией в интервале 0-10,0 ккал/моль приведены в табл. 1!1.29. Расчет позволяет сделать заключение, что о1-концевой додекапсптидный участок секретина по своим конформациоиным свойствам четко делится на две части: лабильную (Н(з'-Р)зев) и жесткую (Т)згз-Агды), причем энергия конформаций зависит прежде всего от структуры жесткого компонента. Самой выгодной для него является а-спираль ((/„а„= 0 ккал/моль), а затем следуют свернутые структуры типа ее//)7" (6,3 ккал/моль), //фе (6,4 ккал/моль) и еЯЩ' (8,6 ккал/моль).
Спектр энергетического распределения конформаций додекапептида можно представить себе в виде небольшого количества основных уровней и более многочисленных подуровней. Основные уровни определяются конформационными состояниями фрагмента ТЪгз-Агфз. Около кахСдого нз них со стороны более высоких значений энергии располагается семейство 376 Теблшза 1!!29 Относительная энергяя (и В ) н энергетические вклады ввн-дер-ваичьсовыв (и,), электросгвтнческнв (иы) и торснояиыв (и „) взаимодействий у оитнмаэьныв конформацяй фрвгмеята Нвз-Агй!2 секретика Шейп Конформации Конформацноииаа энергна, ккал)моль и и„„и и 6 7 8 9 10 1112 1-6 7 — 12 23 45 КОКРгкз!Кз!К2К1222 7,2 -65,7 0 7,2 8,3 -64,2 -0,7 7,5 8,5 -62,4 -2,9 8,1 9,0 -64,2 0,2 7,3 9,2 -63,6 -0,6 7,7 6,3 -66,8 -1,6 9,0 7,3 -64,2 -2,1 7,9 В2181К2К21К2!К2К!222 к кв,кк, в, в,в„нк, к„к,кпвв, 8,3 -67,7 0,4 9,9 9,6 -64,8 0,5 8,1 6,4 -66,4 -0,2 7,2 Щее фе //е/е — ) ! К!!К!Кзкз!К11В2К1222 К22Р1К! ! НВ ! к, к,впнк, 8,3 -68,4 2,7 8,2 8,9 -64,8 -0,1 8,0 1-з1Кзкгйпйз!Кзкагз )/е/е ///ее зле //ее/ /Ззе/ е/ее/ ееее/ /еее/ е//е/ )/еее '-:~ ..г К22К1КОКВ1 к, к,к, вв, к„к,кпкв, к, к,впвк, К!2К!КЗ1ВКЗ ВмК,Вз,ВК, в„в,впвк, к,в в,вк, В,2К,КОВК, К!2К1КОВВ, К21ВзВЗ1КК1 к вв,нк, 01 — 74,1 2,7 -68,4 5,8 -66,9 бв -65,5 б,б -70,4 0,1 8,4 -2,0 7,4 -0,8 7,8 — 1,3 7,4 0,1 11,2 подуровней, определяемых конформационными состояниями вариабель ного компонента.
Распределение конформаций в каждом семействе по энергии в наибольшей мере зависит от числа стабилизирующих контактов между остатками лабильного и жесткого фрагментов. По-прежнему днсперсионные взаимодействия играют доминирующую роль. Конформационному анализу октадекапептида Ний — Агдм предшествовал детальный расчет пентадекапептида Н)з| — Азр'з.
Он был выполнен на основе структурных вариантов НВ'-Агд'з, представленных в табл. 111.29, и конформаций Агдм-Аарм шейпов ееу, еуе, е/7'; фе иЩ с относительной энергией с 5,0 ккал/моль. В результате был выделен ограниченный набор ннзкоэнергетических конформаций пентадекапептида ((/ „„„ = = 0-10,0 ккал/моль), принадлежащих 17 шейпам пептидного скелета, которые и были использованы в расчете НЬ'-Агд'а. Заслуживает быть отмеченным тот факт, что из четырех выгодных для додекапептнда конформационных типов фрагмента Рйеа-Агдм (ДЩ ееЩ фее, еЯ/) (см.
табл. И1.29) у пентадекапептида остаются лишь первые два. Тетрапептнд Агйм-Азрм в самых низкоэнергетических конформациях реализуется в а-спирали (/)у), далее с разрывом от 6,2 до 9,4 ккал/моль следуют его структуры типа еуе с формами В'з-К'з-Вм — Км и Вм-В'з-1.м — Вм н типа //е (Вм — К'з-Вм — Вм). В состав нулевых приближений октадекапептида вошли также конформации Азрм-Агй'а шейпов еуе,атее, е/7", фе иЩ Данные о структурах Н)а'-Агу'а с величинами (/„ам ~ 10,0 ккал/моль, полученные после минимизации энергии, приведены в табл. П1.30. Самые предпочтительные в отношении энергии и энтропии структуры НЬ'-Агу'а более чем на две трети являются жесткими образованиями, включающими около четырех витков а-спирали.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
