Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 112
Текст из файла (страница 112)
-Кги-Р12-Кээ-Вг О тановимся сразу на результатах завершающего этапа анализа фрагмента (.еп1-Суз!7. Его 450 исходных структурных вариантов были формированы из низкоэнергетических состояний фрагментов 1.еп'-Азпа, авп5-Рго' и Т)7г"-Суз'~. Минимизация энергии при вариации всех д вугранных углов ер, 4у, п7 и у выявила у (.еп'-Суз' две группы практически эквивалентных по энергии конформаций а-спирального В ~)-СтРУКтУРНОГО ТИПОВ.
ЛУЧШаЯ КОНфОРМаЦИЯ ПСРВОй ГРУППЫ ((/обл! = щ О), имеющая форму основной цели К' — Ез-Кз — К4 — К5 — Ка-К7-Ка-КеВ - — К вЂ” К вЂ” К вЂ” К вЂ” К вЂ” К шейла ез/!гз/,, состоит из двух 10 11 12 13 14 15 16 !7 коротких а-с!7иральных сегментов Суа — 01пш и Рго'- — Суа ", соединенных развернутым участком О1п!о-Рго"-Рго!7. Самая прсдпочтительная КпифарМацня ВтОрОЙ ГруППЫ ((/общ = 2,7 ККаЛ/МОЛЬ) ПрЕдСтаВЛяЕт Сабай антипараллельную ор-структуру формы В' — Вз — Ва — Ва-Ва-Ва-В7 — К" — К"— В1в-В!1-В!7-В!3-В!4-В!5-В14-В!7 шейла е7/зе7.
В обоих случаях любое изменение формы пептидного остова ведет к резкому увеличению энергии, Особенно значительно оно при нару!пении центральной части фрагмента. Для определения структуры 1.еп' — Суазз необходимо выяснить конформационные возможности фрагмента Суа'7-Суазз сначала в его свободном состоянии, а затем в потенциальном поле наиболее предпочтительных структурных вариантов а- и ()-групп гептадекапептида 1.еп' — Суз~~. Для этого были отобраны низкоэнергетические конформационные состояния 128 различных форм основной цепи Суа" — Суззз. Полученные результаты свидетельствуют о резкой энергетической дифференциации конформаций. В интервал 0-5 ккал/моль попали лишь 6, а в интервал 0-10 ккал/моль — 12 структур 1.еп1-Суазз.
Они приведены в табл. 1Ч.1, а иа рис. 1У.З схематически изображены шейлы пептидного скелета конформаций с относительной энергией (/об = 0,2 и 2,6 ккал/моль. Среди наиболее предпочтительных состояний фрагмента имеются варианты как бьспирального, так и ~5-структурного типа. Однако вероятность их реалиЗвции различна. Если а-спиральная форма основной цепи представлена только одной низкознергетической конформацией ((/оа = 0,2 ккал/моль), то ))-форма — семейством близких по энергии структурных вариантов, в том числе глобальной структурой ((/,ба! = О). В первой группе конформацнй Любое изменение состояния Суа'7 — Суззз, ведущее к обрыву а-спирального сегмента, приводит к значительной дестабилизации.
У конформаций второй группы, напротив, С-концевой гептапептидный фрагмент подвижен и при различных формах основной цепи может образовывать эффективные стабилизирующие контакты с )3-структурным участком 1.еп'-суз'7. Так, в глобальной конформации 1.еп' — Суазз энергия взаимодействия Сух!7-Суззз с Х-концевым участком 1.еп' — Н154 составляет -11,7 ккал/моль, В с 1.уз'5-Тйг'а — 17,2 ккал/моль. Наибольший вклад вносит остаток О1пзо, взаимодействия которого с (ел!, Ньаа и Еуа !5 равны соответственно — 2,5, -4,2 и -9,2 ккал/моль.
В другой низкоэнергетической конформации Р-группы ((/об,л= 2,6 ккал/моль) энергия стабилизирующих контактов Суа!7-Суззз с 1еп1-Н!54 и 1уа'5 — Т)7г!6 составляет -27,1 и -2,1 ккал/моль. !4. Проблема белка. т. 3 417 г4ггФ 0 П 522 З2й З!2 Я! йи з2э ЕУГ2 Г .Ркг З22 Эай !а З!2 а2е Р и с. 2ч.з. шейлы пептипного скелета коиформаций фрагмента ьеи -суа нейротоксина и с г! относительной энергией 22оещ —— ОД и 2,6 ккал/моль (см. табл.
!Ч. 2) Итак, решение конформационной задачи для линейной последовательности 1-еи'-Суззз привело нас к рассмотрению одного из наиболее интересных вопросов пространственной организации белковых молекул. Он касается конформационных аспектов образования дисульфидных связей и их роли в стабилизации трехмерной структуры белка. В исследовании пространственного строения нейротоксина 11, как и в исследовании всех других цистинсодержащих пептидов (см. гл.
10), мы исходили только из известного химического строения белка, не делая каких-либо предположений о сближенности соответствующих остатков Сух и наличии четырех дисульфидных связей в молекуле. Предполагалось, что механизм свертывания белковой цепи является детерминированным, причем таким образом, что стерически возможными или энергетически наиболее предпочтительными становятся взаимодействия между вполне определенными остатками Суа.
При справедливости этой гипотезы и правильности положенной в основу расчета нейротоксина 11 теории пространсг. венной организации белка, а также при адекватности используемых потенциальных функций реальным атом-атомным взаимодействиям конформационный анализ линейной последовательности должен автоматически привести к установлению соответствующих цистеиновых пар Рассмотрев конформационные возможности фрагмента 1.еп! — Суагз, мы сможем оценить достоверность результатов расчета и отмеченных общин положений. Последовательность 1 еи!-Суззз содержит три остатка цис. теина, которые могут образовывать одну из трех дисульфидных синае!! Сузу-Сух!2, Суз!~ — Суазз, Суаз — Суззз или оставаться вне взаимодейсзл!ии Рассмотрим возможности создания  — В-мостиков у низкоэнергетичссю!к конформаций фрагмента, представленных в табл.
1Ч.!. У двух конфор 1 ций а-спирального типа образование дисульфидных мостиков » Суз'» и Суз»-Суз'» невозможно из-за большой удаленности атомов ры (>20 А). Остатки Суз" и Суз»» находятся на меньшем расстоянии („10 А), но и здесь вследствие большой жесткости а-спиральной струкры сближение атомов 5 на валентное рассгояние (2,04 А) и образование ,»стика Суз<»-Суз»» нереальны, Таким образом, у а-спиральнь<х конфор<,ций 1 еи' — Сузы отсутствует предрасположенность к созданию дисульфидной связи.
Аналогичной проверке подверглись все конформации <1 структурного типа. Было выяснено, что ни одна из них не может образовывать дисульфидные связи Суз» вЂ” Суз'» и Суз<»-Су»»». Соответствующие остатки рас<юложены далеко друг от друга, их сближение приводит к рассогласованию многих стабилизирующих контактов и, как следствие, к резкому увеличению конформационной энергии.
В отношении 5-З-мостика между Суз» и Сух»» структуры этого типа ведут себя различно, У большинства конформаций расстояния между атомами С<» боковых цепей цистеинов превышают 16 А, и все попытки образовать дисульфидную связь оказались безуспешными. Исключение составляет конформация с (/„а„< — — 2,6 ккал/моль (см. табл. 1Ч.1). У нее С-концевой фрагмент Сух<» — Суза» огибает жесткий пептидный каркас, образуя кросс-)3- структуру (см.
рнс. 1Ч.З). В отмеченной структуре атомы С<» остатков Суз» и Суз»» находятся на расстоянии 5,5 А, что лишь на 1 — 2 А превышает расстояние С!»...С!» в дисульфидном мостике. Образование Б — Я-связи неизбежно сопряжено с изменениями (в данном случае незначительными) даугранных углов линейной конформации. Чтобы они не оказались случайными, а были согласованы между собой и ие вызывали дестабилизацию невалентных контактов, сложившихся в этих структурах, были исследованы сечения потенциальной поверхности и «рановлена зависимость между значениями двугранных углов фрагмента СУа»т — СУ»~' и Расстоанием С<»г..С<мг Из общих сообРажений очевидно, Р Р что сближение атомов серы нецелесообразно осуществлять за счет изменения параметров участка О!и'а — Т)»г»< — Ахп»з — Сух»», имею- П«его комплементарную к структуре 1.еп<-Н!»4 форму основной цепи Э»в-Вз< — В»» — В»».
Для этого более подходят двугранные углы фрагмента Звг'а — О!у<э-О!и»а. Согласованные между собой конформационные карты <й»в-<<<<а и <р»а — »«<д для структуры с (/„„„, = 2,6 ккал/моль приведены на рис. «)<<.4, а, в. Области низкой энергии на обеих картах имеют форму узких вытянутых желобов, что свидетельствует о линейной зависимости между значенилми Углов «<<з и <<»<» и междУ»<<<з и <Р»а.
На Рис. 1Ч, б, г пРиведены в твх же координатах расстояния С<»»...С<»»». Сопоставление позиций а, б с Фвзициями в, г свидетельствует о снмбатности изменений потенциальной энергии и расстояния С,»» .С<»»» в зависимости от значений двугранных «тлов»«<а, <Р«ь «<<ь <Рш. ПРи совмещении позиций а, в и б, г низкоэнеР- гетические желоба попадают точно в области минимальных расстояний между остатками Суз» и Суз»». Таким образом, линейная последовательность Бев' — Су»»» обладает предрасположенностью к такому форморазованню, которое неизбежно ведет к сближению остатков Суз» и а у(у(з злгу у(у(з у(чз о(у ува у(у(у уй(у ура уа(у урду уВ(у ~ге г (у -/4() Рур -Урд -у//р -т -/ра -аи -УВ -/4// -/(У(у тур Р и с.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
