Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 103
Текст из файла (страница 103)
Гексапептидная Х-концевая часть последовательности остается столь же подвижной, как и у додекапептида и пентадекапептида. Из сопоставления данных табл. 1Н.29 и Д1,30 следует, что с увеличением длины цепи значительно уменьшилось различие между энергией конформаций, отличающихся состоянием г)-концевого гексапсптида. Структуры другого ряда, которые у додекапептида я у пентадекапептида находились по энергии на втором месте, здесь перемещаются на третье. Выгодными становятся конформации с неспнральным участком Агйм — Агу'з.
Две из них с различными формами основной цепи шейпа еуееф'у этого участка уступают глобальной конформации только 1,7 и 5,1 ккал/моль. Предпочтительность конформаций такого типа обусловлена появлением стабилизирующих взаимодействий между удаленными остатками, которые невозможны в чисто а-спиральных структурах, Очевидно, роль конформаций этого семейства может возрастать с увеличением длины цепи. Выше были рассмотрены три этапа анализа пространственного строения октадекапептидного фрагмента секретина.
Главным событием первого этапа явился расчет конформационных возможностей додекапептидного участка Н~з'-Агу'з, второго — пентадекапептидного Н~з' — Агйм и, наконец. третьего — октадекапептидного участка Н)з'-Агу'а секретина. Результаты конформационного анализа этих фрагментов оказались столь определенными, а их преемственность по мере генерации цепи столь очевидной, что 378 Секрезнн нь'-))я"-нн, ! е ее ®-д,)"(у) д:,)ф (О; 8) н"-! 1 Н(в'-Аха''~ ИЬ'-АвР''~ Нзе'-Асе'а ее чн А (О, 10) Я(::)'.ы:3.® (1,6; 14) Гв а с (В,б; 2) ®-сй э-(9-схл-и- (0,4; 2) (7,0;2) е А (6,5; 2) ее ее ее ее (-.)'Я-((;) ~ "ДД--®~" -~а-.Д-- н г (6,3; 4) 1 (В,В: 3) (ВЛ; 1) , (1,4, М ! (6,4: 2) Р и с.
!П 3!. Схематическое представление основных результатов и хода решения прямой структурной задачи молекулы сскретнна 3()0 пептида, напротив, менее лабилен н предпочитает находиться преимущественно в свернутой — а-спиральной форме, причем стабильность участка тем выше, чем болыпе остатков входит в а-спираль. В оптимальных конформациях Ноб! — Агд)1 с относительной энергией (/,Ое, < 10,0 икал/моль возможна реализация фрагмента Т))гт-Агй)1 в четырех состояниях (Д», е))м узе и еуз) (см. рис. И1,31 и табл. 111.29), весьма различных по свободной энергии Гиббса. При сопоставлении результатов расчета додекапептнда и пентадекапептида (второй этап) можно отметить ряд специфических, но в то же время естественных (еслн иметь в виду тот факт, что процесс пространственной организации молекулы гормона является самопроизвольным) особенностей конформационных свойств анализируемой природной последовательности.
Прежде всего, расчет показал, что с удлинением цепи, т.е. с увеличением числа конформационных степеней свободы, количество низкоэнергетических структурных вариантов отнюдь не возрастает, как можно было бы ожидать. Это обусловлено высокой избирательностью данного порядка аминокислот, а более конкретно — тем обстоятельством, что только некоторые конформационные состояния присоединяемого к Н)61-Агй(1 трипептида (.ен!1-Агя!4-Азр!» и только в комбинации с низко- энергетическими конформациями додекапептида, причем далеко не всеми, приводят к реальным структурным вариантам пентадекапептида. Следствием чего является удлинение жесткого участка, который включает теперь остатки Тйгт-Абрм.Примечательно, что самое предпочтительное по энергии и энтропии семейство конформаций Н)6)-Агд)1 (Чм-Д») даст начало трем дочерним семействам Н)6(-Абр' (Чьгув, Чн-у»еуе и Чь-,ухе).
в которые входит подавляющее большинство низкоэнергетическнх ва- риантов пентадекапептида. Из 17 конформаций Н(з'-Азр" с величинами (/„„< 10,0 ккал/моль лишь три, имеющие высокую энергию, берут свое происхождение от другой группы додекапептидных конформаций, стоящей как в энергетической, так и в энтропийной шкале на втором месте. Следующие два семейства конформаций Н)з'-Аг8'з, занимающие в этих шкапах третье и четвертое места, не имеют вообще ни одного своего представителя в наборе низкоэнергетических структур Ннй — Азр'з, иными сповами, они оказались непродуктивными.
В принципе аналогичная тенденция обнаруживается при сопоставлении результатов расчета второго и третьего этапов, т.е. при сравнении предпочтительных конформаций пентадекапептида и октадекапептида. Лучпшй по энергии и самый представительный набор Нпй — Аг8м а-спиральных конформаций Чн-~м происходит от самого выгодного и многочисленного набора Ч;;/э фрагмента Н)з'-Азр'~. Семейство Ч~-~~е~е, впервые образовавшееся у пеитадекапептида, разбивается при дальнейшем удлинении цепи на две тонкие ветви — Чн — /ве/е4, и Чь — ДвеУе~зе, первая из которых, однако, содержит две низкоэнергетические конформации с различными формами основной цепи (1,7 и 5,1 ккал/моль) (см. табл. 111.30). Наименее выгоДные У Ннд — АзР" ваРианты Чь — Уае и Чч — ез/~ остаютсЯ таковыми и У их производных Чь-/аеУз и Чн-е ~,е фрагмента Н(а'-Аг8'а.
Следовательно, процесс формирования нуклеации, начавшийся с участка Тпг~-Агй'з, продолжает распространяться на все большую часть последовательности секретина. Завершающие этапы конформационного анализа гормона, излагаемые ниже, включают рассмотрение конформационных возможностей пентапептида Аг8~а-1 епзз, а переход от Ннй — 1.епш к молекуле секретина — двух пентапептидов О!пзв-О!пз~, Еепзз-Ча1зччНз и октапептида 01пзв-Ча!з~ХНь Последний шаг в изучении пространственной структуры гормона, в конечном счете, основывался на оптимальных конформациях докозапептида Ннй — Ьеим с энеРгией (/вш„» 10,0 ккал/моль и на отмеченных только что конфоРмациЯх октапептида О1п-е-Ча1з~ХНз с знеРгией (/„~в, ж ж 8,0 ккал/моль (см.
табл. Н1.30). Всего было рассмотрено 84 структурных варианта гептакозапептида. Если иметь в виду найденные низкознергетические оптимальные состояния молекулы, к которым до некоторой степени условно относим ее конформации с величинами (/,„,„в интервале 0-10,0 ккал/моль, то основной результат решения прямой структурной ,задачи секретина может быть сформулирован следующим образом: пространственное строение гормона в условиях полярной среды представляет собой два семейства коиформаций Чн — Д~еуее/т-Чс и Ч,„~,д-Чс.
отличаюп1ихся друг от друга состоянием центрального тетрапептидного участка Аг8ы — (.евы — Аг8м — Азрм (рис. 1И.31, табл. 111.31); Чн и Чс — являются вариабельными Х- и С-концевыми фрагментами, состоящими соответственно из шести и пяти аминокислотных остатков. Они могут принимать различные конформационные состояния, мало отличающиеся у свободной Молекулы по энергии. Фрагменты Чч и Чс разделены конформационно жестким участком последовательности Тпгз-Ееп~~, который может находиться водной из двух практически изознергстических пространствен- Таблииа //! 3/ Относительная эяергяя (О,а„) и энергетические вклады ван-дер-ваальсовых ((/ыэ), ээектросгатячеоснх ((/„) и торсяоннык ((/та„,) вэвимодеяствий оятямальяык конфирмаций фрагмента секретяяа Шейд Коиформацноинаэ энергия, ккал/моль (/ы, (/ы (!.
е (!аэщ 7-22 23-27 -188,9 -180.1 -! 88,4 -185,3 -182,8 -181,6 -181,6 -!80,8 10,1 9,5 10,2 Ч,! 10,4 8,3 8,9 9,9 19.1 19,4 19,7 19.9 18,1 18,0 19.0 20,0 0 85 1,2 3,5 4.2 4.4 6.0 7,7 //!!!/нее/л!))/— -!80,8 -184.8 //е/е //% //е/е //е/е /Те/е /Оее /)Тее атее //е/е //е/е //е/е /))гее Яее Яее /)/е/ //ее/ //(Те е/ее/ /е ее/ е//е/ ееее/ /ее/ Щее — ~ ! —- //е/е е/е/' е/е/ .Ю /й" е/ее е/е/ Ж е/ее /))Т е/е/ е/ее й' е/е/ е/ее /))Т /)7/ .й' Ю Е 1,6 6,5 6,7 1,7 6,1 6,9 3,9 4,6 5,0 5,3 5,9 6,1 6,9 8,3 8,5 8,7 -192,2 -!88,3 -186,2 — 188,9 -184,6 -182,5 -190,9 -185,1 -186,3 -185,8 -1 82,8 — 184,5 -183.0 -181,6 1 1,9 12,6 123 9,5 10,3 10,0 11,1 9,9 11,1 1 1,4 8,1 10.9 9,9 9,! 8,9 12,0 22,2 22,2 22,! 21,4 20,7 21,0 25,2 21,3 21,7 21,1 22,! 21,3 21,5 22.2 21,9 21.0 >х форм.
Одна форма (у») содержит около пяти витков а-спирали, а УгаЯ ((ьеУееУ>) пРеДставлЯет собой два а-спиРальн>лх Участка (УыЯ, диненных между собой нерегулярной цепью (елее), которая может быть ализована двумя различными способами (ВКВВК и ВВ) ВК). Переход между двумя практически эквивалентными по энергии струкйурамн ум и деуйе~~, по-видимому, имеет строго кооперативный характер, )зоскольку любое единичное изменение конформационного состояния йдного из остатков на участке Агд>з-Азр'> сопровождается резким увеличением энергии.
Например, наименьшее изменение энергии, которое йроисходит только при переходе В-формы остатка Агйм в В-форму, доставляет более 8 ккал~моль. Кооперативность обращения одной формы й другую неудивительна, так как процесс Чн-~„-Чс+-> Мн-~Яееу7 — Чс >Затрагивает геометрию тетрапептидного фрагмента Агя>з-Ьеп>з-АгдмМр'~, содержащего три остатка с заряженными боковыми цепями.
Конформационная энергия в этом случае оказывается чувствительной не >только к взаимному расположению остатков Агу>з, Агф4 и Азр>з внутри ))анного фрагмента, но и к ориентации их по отношению к остальной части йоследовательности, также содержащей заряженные группы. На всех стадиях расчета при анализе коротких и длинных участков Последовательности мы руководствовались исключительно энергией )>нутримолекулярных взаимодействий валентно-несвязанных атомов.
Рассматривая каждый раз большое количество вариантов, мы также постоянно стремилнсь найти н отобрать для последуя>щего счета такие структуры, в которых реализовывалось бы максимальное число взаимосогласованных друг с другом контактов между боковыми целями, элементами основной цепи и между первыми н вторыми. В этой связи интересны результаты теоретического анализа, касающегося конформационных состояний боковых цепей полярных аминокнслотных остатков, Так, расчет показал, что боковые цепи четырех остатков аргинина, т.е. всех, имеющихся в последовательности секретина, ориентированы в самых низкоэнергетнческих пространственных структурах молекулы во внешнюю среду.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
