Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 113
Текст из файла (страница 113)
19,4. Зависимость конформацнонной энергии (а, е) и расстояния между атомамн Стз~ н Стул (б, г) от значений двугранных углов фм — ту~в и втв-ту~в в оптимальной й а линейной конформации фрагмента (лн'- Сув Элергля в кклитмолм рассгоянлс в л. углы в град Суааз и к образованию между ними дисульфидной связи, не вызывающей нарушения ранее сложившихся благоприятных взаимодействий. После выбора оптимального расстояния С(зз...С(ззз (-4,0 уз) и минимяй р зации энергии с несколько измененными исходными значениями углов з(пв, трзв, з(уззь трзо строились конформационные карты )(, — )(, в поле з зз конформации с (/„овт — — 2,6 ккал/моль.
На их основе были подготовлены наиболее выгодные для дисульфидной связи взаимные ориентации боковых цепей Сузу и Суззз. Глобальная циклическая конформация фрагмента нейротонсина (.ен'-Сув~~ с формой основной цепи Вм-В'в-К'~-В~"-Вз'- Взз-Взз и значениями углов 2~,у,з - 180, — 60' обладает доминирующей предпочтительностью в сравнении с альтернативными структурными вариантами. Абсолютная энергия ее стабилизирующих взаимодействий (-99,8 ккал/моль) практически совпадает с энергией, соответствующей конформации линейной последовательности (-100,7 ккал/моль, (/оолт = = 2,6 ккал/моль), а расчетные значения параметров дисульфидной связис экспериментальными величинами (2,04 А для Б-Я и 3,05 А для С"..
3). Угол вращения )(э-з - — ! 10' отвечает промежуточному между гош(690')- итРанс(180 )-РасположениЯми свЯзей С(зз-Я(з> и С(ззз48(ззз. Таким о Р образом, теоретический конформационный анализ участка нейротокснна 420 й,вв~-Суззз показал, что для него реальной является лишь одна цнкли°еская структура. х СтРУктУРные данные об Участке нейРотоксина 1.еп'-СУззз н РезУльтаты веследования конформационных возможностей большого числа его постепенно усложняющихся фрагментов позволяют следующим образом опиевть механизм укладки белковой цепи из полностью развернутого состоя!взя в глобальную циклическую конформацию. Формирование структуры начинается с октапептидного участка Аапз-Рго'2. Его самая выгодная кпиформация шейла ез(зез входит в глобальную конформацию фрагмента уев'-Суз~~. Предшествующий ему н последующий пентапептидные фрагменты (.еи'-Азпз и ТЬг'з-Сузы обладают в изолированном состоянии большой конформационной свободой.
Важно, однако, что среди низкоэнерзвтическнх вариантов имеются конформации с полностью развернутыми формами основной цепи. Именно они оказываются наиболее предпочтительными для (.еп'-Аэпз и Тйг'з-Суз'з при состыковке с Аап~-Рго' в конформации типа езгзеь В результате у фрагмента (.еп'-Сузы образуется автипараллельная !)-структура, с которой по величине энергии (но не энтропии!) может конкурировать только одна конформация, состоящая из двух коротких а-спиральных сегментов (см. Рис. 1Ч.З).
Дальние взаимодействия в такой структуре между фрагментами (.еп'-Азпз и ТЬг'з-Суз" ие только детерминируют у них развернутые формы основной цели, но и дополнительно стабилизируют конформационное состояние октапептида Лзпз-Рго'з. Это приводит к образованию у фрагмента (.еп'-Сузы конформационно жесткой структуры — нуклеацни. Для следующего участка ввйротоксина Суз'2-Суззз, отличакпцегося также большой подвижностью, дуклеацня (.еп'-Суз'~ служит матрицей, которая детерминирует у него весколько близких по энергии конформационных состояний (см.
табл. 9(.1). Образование дисульфидной связи между Сузз и Сузы делает в!валькой для 1.еп'-Суазз лишь одну конформацию. ' Сравнение геометрических и энергетических характеристик линейной и $ клической конформации (.еп'-Суэзз показывает, что создание дисульного мостика не нарушило ни одного стабилизирующего контакта д!ежду остатками. Необходимые для сближения атомов $!з> и 3<аз! измеВвния двугранных углов оказались незначительными (<1О') и коснулись 4!ишь наиболее лабильного участка Бег'а-О!у'" — О!пш.
Расчет, таким $ разом, показал, что в основе спонтанного и безошибочного образования льфидной связи лежат конформационные аспекты. Валентному связы- данию цистеинов предшествует создание на одном конце фрагмента ~онформационно жесткой нуклеации, а на другом, более коротком,— явбильного участка. При сложившейся нуклеации в одной из самых предпочтительных конформацнй лабильного участка атомы серы встуфпот во взаимодействие. Два резко различающихся по конформационным ф йствам участка выполняют в создании дисульфидной связи различные нкции, в равной мере необходимые для того, чтобы этот процесс ершался быстро, спонтанно и безошибочно. Благодаря нуклеации он новится не статистическим, а детерминированным. Конформационно бильный участок легко локализует и делает низкоэнергетическими все менения геометрии псптидной цепи, необходимые для сближения остат- ков Суз и образования связи Б-Б.
Изложенные конформационные аспекть, не являются специфическими только в отношении дисульфидных связей, а отвечают общему механизму пространственной организации белковых молекул. Итак, расчет белкового фрагмента Ьеп'-Суззз, как и расчеты ряда сложных цистинсодержащих олнгопептидов (см. гл. 10), выполненны~ на основе конформационной теории, в которой нет специальных поло. жений о дисульфидных связях, во всех случаях априорно правильно предсказывают места их локализации в нативных структурах. В рассчитанной циклической структуре фрагмента нейротокснна Ьеп'-Суззз реализуется типичная для !з-структуры система пептидных водородных связей.
Для конформации Ьеп'-Суззз с дисульфидной связью получены сечения потенциальной поверхности )(1-уз боковых цепей остатков. Ранее такие сечения были исследованы у конформации фрагмента Ьеп'-Суз'~, которая входит в циклическую структуру у Ьеп'-Сух" Отметим, что присоединение гептапептида Суз'~-Сузы не изменило конформационную подвижность остатков Н(з4-Сузы по сравнению со свободным участком Ьеп'-Суэ'з.
У боковых цепей Ьеп' и 01пз в циклической структуре локальные минимумы (-5,0 ккал/моль) соответственно при )(п)(з — — 150, -60 и 60, 180' становятся еще более высокоэнергетичными из-за наталкиваиия на Сузы в первом случае и на Азпм — во втором.
Анализ сечений потенциальной поверхности )(1-)(з осгатков Яет'", 01пзв, Азпш конформационно лабильного участка Сузы — Суззз показал, что боковые цепи, особенно серина, обладают значительной подвижностью я могут принимать несколько практически изоэнергетических ориентаций. У боковой цепи Т(пм свобода по углу (, ограничена одной областью (- — 60'). Сопоставим теперь априорно рассчитанную конформацию циклического фрагмента нейротокснна!1 Ьеп'-Сузы с экспериментом. Как отмечалось, кристаллическая структура этого белка неизвестна.
Но в 1979 г, были опубликованы рентгеноструктурные данные, касающиеся гомологичного белка эрабутоксина 6 [6). Его аминокислотная последовательность содержит не 61 остаток, а 62, причем интересующий нас фрагмент имеет на один остаток больше и скреплен дисульфидной связью Сузз — Сузз". Последовательность эрабутоксина на участке 1 — 17 отличается от нейротоксина четырьмя остатками: Агд' (у нейротоксина 1.еп'), Рпе4 (Н!з4), Нид (О1п') и 01пм (Ргош). Наиболее сущесгвенные замены и удлинение цепи имеют место на участке Суз'з-Сузы (у эрабутоксина Сузы-Сувм), т.е. в той части последовательности, которая, согласно расчету, характеризуется наибольшей лабильностью и при образовании дисульфидной связи подстраивается под конформационно жесткую нуклеацшо— антипараллельную !3-структуру 1.еп' — Суз'з.
В табл. 1Ч.2 сопоставлены расстояния между атомами Св в теоретической структуре свободного циклического фрагмента нейротоксяна Ьеп' — Суззз и в экспериментальной структуре фрагмента Агя' †Су в молекуле эрабутоксина. В левой и центральной частях таблицы приведены расстояния между атомами С~...С~, количесгвенно характеризующие конформацию участков Ьеп'-Сузы и Агй'-Сузы в двух белках. В качестве таковых выбраны расстояния между противостоящими в !)-струк- 422 Таблица 1>' 2 Рвсстоявня мев(эу втомвми С» в теорепгзеской конформвнян фрымеитя Ело!-Суезз яейрптоксяия П н кряствллячесной структуре фрагменте эрввутоксиин нн участке Ага!-Суяз4 е, Атомы Са Расстояние, Атомы Са Расстояние, (1),(17) (8>...(! О) (9)...(1) (2) „(16) (9)...(17] '(3)„.(15) (1)...(21) (1)...(22) ( 1 )...(22) (! )...(23) (1)...(23) (1) ...(24) (2)...(22) (2)..(23) (4) ...(14) (6)...(12) 17)- (1!) (7)...(9) П р и м е ч е н и е . Для каждого положения атомов Са первое значение расстояния относится к нейротоксину 11, второе — к эрэбутоксину Ь.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
