Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 106
Текст из файла (страница 106)
Премила и Б. Мэгре [281) для исследования конформацнонных возможностей ангиотензина использовали метод Монте Карло. Расчет указал на предпочтительность свернутых форм пептидиого остова, из которых наиболее низкоэнергетической оказалась структура ВВВКВЬВВ, не значащаяся в наборах низко- энергетических конформаций С.Г. Галактионова и соавт. [48) и Де-Коэна н Ролстона [47). Любопытно, что данные Премила и Мэгре также согласовывались с экспериментом.
Таким образом, имеет место ситуация, когда существенно отличающиеся между собой результаты ряда независимых расчетов пространственного строения одного и того же олигопептида не противоречат данным широкого круга экспериментальных работ для этого соединения, Это свидетельствует лишь о малой чувствительности и недостаточных при решении задач такой сложности интерпретационных возможностях физико-химических методов. Среди исследованных в литературе олигопептидов есть несколько сравнительно высокомолекулярных объектов. Самым крупным из них является ь)-концевой фрагмент мембранного глобулярного белка мелиттина (20 аминокислотных остатков).
Впервые его конформационные возможности с помощью фрагментарного подхода были рассчитаны Шерагой и соавт. [283]. Найденные две низкоэнергетические структуры напоминали друг друга и состояли в основном из - 4,5 остатков а-спирали. Похожие конформации фрагмента мелиттина были получены позднее и в работах [284- 286] при использовании других расчетных методов. Результаты теоретического анализа качественно согласуются с данными рентгеноструктурного анализа [287] и ЯМР-спектроскопии [288] о пространственном строении мелиттина в кристалле и растворе. В недавнем расчете октадекапептида аламетицина С.Г. Галактионовым и Г.
Маршаллом [289] предпринята попытка учесть влияние электрического поля на конформацию молекулы, находящейся в водно-липидном слое, путем последовательной подгонки структуры к комплементарному ей профилю поверхности [290, 291]. Результат может представлять интерес для изучения стимулированных аламетицином процесса связывания с мембраной и механизма передачи сигнала. Конформационный анализ циклического декапептида грамицидина 8 проводился рядом исследователей (292-297]. В табл. П1.35 значения двугранных углов ~р, д~ основной цепи молекулы, рассчитанные М. Дигертом и соавт.
[292], П. Де Сантисом и А. Ликвори (294], Ф, Момани и соавт. [296], Р. Скоттом и соавт. (297], сопоставлены с результатами исследований спектров ЯМР, КД, ИК (298, 299] и данными ренттеноструктурного анализа [300]. За одним исключением [296], между теоретическими и экспериментальными моделями нет значительных различий. И те и другие привели к структуре грамицндина Б, состоящей из двух ]3-складчатых листов, соединенных двумя [3-изгибами и скрепленных четырьмя поперечными водородными связями.
По форме основной цепи приведенные в табл. Ш.35 конформации находятся в удовлетворительном согласии с кристаллической структурой гидратированного комплекса грамицидина 8 смочевиной [301], а также данными двумерной ЯМР-спектроскопии [302]. Среди обсуждаемых исследований конформаций олигопептидов (см. табл. 111.33) заметно выделяются работы С.Г. Галактионова и сотрудников своей последовательностью и направленностью на установление общих закономерностей между структурой и функцией низкомолекулярных природных пептидов.
Достоинство этих работ заключено также и в методической части расчетов, их снстематичности и использовании единого алгоритма, что облегчает анализ теоретических основ используемого подхода и оценку полученных результатов. Алгоритм С.Г. Галактионова и соавт.(22] строится на представлении конформационной энергии пептида как суммы энергии перекрывающихся фрагментов за 395 7аблш!а И !! Рассчнганаые н акснерннеагаавные Вначеана дауграннам угона !град) осноаной цени граннцнднна Я ЛМННОКНСВ осгаток 1 уа!'В 7:Оцга! Ы1.сц ' !.В ор1 ЬВ 5,10 95 †1 107 -110 124 -120 -60 55 -60 -60 -89 127 -82 -143 128 -132 -198 110 -143 68 — 140 58 -75 -!6 -68 120 -!20 110 -125 110 -130 -1!О 65 -40 — 83 !37 -!18 152 -73 82 -!02 -1!6 -33 -31 -57 150 132 100 -125 вычетом энергии общих участков, Например, для тетрапептнда Х-г'-У.-Т соответствующее выражение имеет вид: Ухгхт = Взхгх + Пгхт— !/72.Процедура отбора конформаций более крупного фрагмента состоит в выделении конформации с минимальным значением энергии и исключении конформаций, энергия которых превышает определенную, наперед заданную величину.
Сохранение для последук!щего расчета всех потенциально перспективных оптимальных структур фрагмента, а следовательно, и молекулы полностью зависит в данном подходе от выбранного значения единой для всего набора критической величины энергии. Расширение энергетического интервала отбора влечет за собой необходимость рассмотрения более значительного количества структурных вариантов. Это обстоятельство заставляет авторов !'22, 48.
50] изыскивать всякого рода модификации расчетной методики, призванные сократить объем вычислительных работ. С целью уменьшения числа рассматриваемых конформаций при одновременном расширении критического интервала энергии С.Г. Галактионов и сотрудники предварительно рассчитывают модели, в которых все аминокислотные остатки, кроме О!у и Рго, заменены остатками аланина. Далее, для модельного пептида определяются все возможные оптимальные конформации, л>ч!пие из которых затем служат исходными структурными вариантами основной цепи реального пептида. В основе этой процедуры лежит предположение о том, что «,, иерархия стабильности различных структур олигопептидного фрагмента определяется, в основном, конформацией пептидного остова, от которой зависят' общие пространственные очертания фрагмента и, следовательно, возможность реализации взаимодействий типа "остов — боковая цепь" и "боковая цепь — боковая цепь", роль которых сводится к стабилизации тех или иных пространственных структур, предопределенных конформацией остова» 122.
С. 35 — 36]. Это основополагающее для всех работ группы Галактионова положение, с моей точки зрения, является ошибочным в принципе и как таковое служит причиной некоторых методологических погрешностей, ведущих к неправильным результатам и обобщениям. Прежде чем рассмотреть предположение о доминирующей роли в груктурной организации пептидов взаимодействий элементов основной цепи по существу, отметим иллюзорность самой надежды сделать на такой основе решение задачи более строгим и упростить расчет.
При обьективном подходе к анализУ это пРедположение нисколько не облегчает вычислительную процедуру, а даже, напротив, усложняет ее. Для каждого фрагмента приходится теперь сталкиваться с проблемой выбора критического интервала не один раз, а дважды — для аланиновой модели и реального пептида, причем в первом случае неопределенность в выборе никак не меньше, чем во втором. Для иллюстрации сказанного приведем цифры, полученные для тетрааланина. Полностью развернутая структура его основной цепи ( —  —  — В) проигрывает а-спиральной форме (В-В-К вЂ” В) около 8,0 ккал/моль.
Исключение такой структуры будет неоправданным шагом, поскольку у реальных гетерогенных тетрапептидов при оптимальной укладке боковых цепей она практически изознергетична, а иногда даже предпочтительнее а-спирали. Если же включить в расчет развернутую форму основной цепи, т,е, выбрать для модельного пептида энергетический интервал отбора 0-8,0 ккал/моль, то через него пройдут практически все возможные конформационные состояния основной цепи тетрапептида с Р.- н В-формами остатков и многие состояния с ]; и даже с Н-формами.
Говоря о принципиальной ошибочности обсуждаемого предположения, я имел в виду несостоятельность утверждения авторов [22] о доминирующем значении основной цепи в определении конформационных возможностей пептидов. Если бы это было так и составляющая пептидный остов в среднем одна треть всех атомов, действительно, детерминировала положения других двух третей атомов. принадлежащих боковым цепям, то все природные олигопептиды и белки должны были бы иметь или одинаковые формы основной цепи, или очень ограниченное их количество.
Что же касается синтетических олиго- и полнпептидов, построенных из остатков Иу и А1а, фактически лишенных боковых цепей, то их пространственное строение должно было бы описываться единичными жесткими структурами, а не состоянием статистического клубка, что имеет место в действительности. Предположение С.Г. Галактнонова и соавт. ]22] далеко от реальной картины. Вариации пространственных форм основной цепи у белков столь же множественны, как н вариации порядка расположения в этой цепи 20 стандартных амнно%ислотных остатков. В табл. 111.36 приведены энергетические характеристики двух тетра- пептидов, содержащих одни и те же остатки и обладающих одинаковой по составу основной цепью, Тетрапептиды отличаются только порядком расположения аминокислот в цепи; в первом случае — это Рпе — Тгр — ].и†А1а, а во втором — 1,еп-А!а-Рпе-Тгр, Этого обстоятельства оказалось достаточно для существенного изменения конформационных возможностей тетрапептида.
Из представленных в табл. 111.36 результатов расчета - 1000 вариантов всех структурных типов каждого фрагмента видно, что у первого тетрапептида неоспоримым энергетическим преимуществом 9бладает а-спиральная оптимальная конформация. Лучший вариант второго структурного типа (/еЯ уступает ей 4,2 ккал/моль. Конформации с Таблица!и Зб Знсргстнчсскпс хараатсрпстнкн (ккал7моль) глобальныа копформаннй восьми гасйпоа псптндного сколота тстрапсптнднык фраппснтоа !7, Вкд аг нмодсй пл ЭнсРгна пзапмоасйсгппа Копформацпа Шсйп 17 „77 17 ЬЬ Ь,-а, 33-3 С 'СО-Рбс-Тгр-!433 — А1а — ННСо 8,0 -1,6 -7,1 -6,0 5,8 -0,7 -8,6 -5,8 4,6 -5,8 -4,2 -5,7 0 -9,6 — 5,4 -6,1 5,9 — 4,0 -6,3 -5,4 9,9 — 1,0 -6,2 -6,4 4,2 — 2,4 -6,6 -4,9 4.6 -0,8 -8,9 -6,5 ВнВВВ2,В Вггв13Кггв Вггпггяг!К Кг!К!3К2!К К! !К! !Вг!К К32ВЗЗВ32К К! 3В22К32К ВпК23В21К вЂ” 42,3 -45,2 -46,0 -50,3 -44,8 -40,3 -47,1 -46,6 7,3 0,2 7,9 О,З 7,6 0,2 72 03 7,7 0,2 7,1 03 7,7 0,8 7,7 0,7 ог еб" й' /уе уее ггу с7г Со-СО-!сп-А1а-Рпс-тгр-32НС» В23ВВ3!В33 В21ВК33К/! В,ККпп, Кзгндз!К33 Кг!КВ ~ !К !2 К,ВВпкг Кггвяпи~г ВггнвгЛ33 1,8 -О,З вЂ” 11,2 — 7,! -47,3 О,б -2,9 -9,3 -7,6 -47,9 0 -6,9 -5,5 -7,9 -49,6 1,0 -5,4 -6,0 -7,7 -47,5 4,5 -3,1 -9,6 -2,8 -44,4 6,4 -0,5 — 10,7 — 2,3 -42,7 0,9 -5,7 -7,7 -5,5 -47,8 4,1 -0,6 — 11,5 — 5,4 -46,1 7,6 0,4 7,2 0,2 7,7 0,8 7,2 0,2 7,6 0,2 7 7 0 3 7,3 0,3 7,8 1,3 егг' г73 /ух 7Ус ,гее Згг' с/г формой основной цепи в виде а-спирали (К-К-К-К) предпочтительны и по энтропийному фактору; в интерал 0-4,2 ккал/моль, в котором отсутствуют структурные варианты всех других шейпов, попало более 30 конформационных состояний а-спиральной формы, У второго тетрапептида этя состояния теряют как энергетическое.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
