Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 114
Текст из файла (страница 114)
Числа в скобках — номера вмннокислотных остатков. туре остатками (1-17, 2 — 16, ..., 7 — 11), между остатками, входящими в >1-изгиб (7-9, 8-10), и между остатком в вершние >)-шпильки и двумя остатками на ее концах (9-1, 9-17). Сравнение свидетельствует о хорошем совпадении результатов расчета с экспериментальными данными.
Среднее отклонение составляет <0,7 А,т.е. практически совпадает е разрешающей способностью рентгеноструктурного анализа зрабутоксина. Наибольшее различие (2 А) наблюдается между атомами Со остатков Беге (вершина шпильки) и Суя'7 (С-конец шпильки). Повидимому, зто отражает реальную ситуацию и связано с наличием у врабутоксина дополнительного остатка Рго'В, смежного с Суз'7.
В правой части табл. 1У.2 сопоставлена геометрия участков Суз'7 — Суззз и Суз"— Су824. Среднее отклонение здесь по понятным причинам несколько больше, однако и оно не превышает 1 А. Наибольшие различия (2,4 и 2,7 А) наблюдаются между атомами Со остатков Суз'7 и Суз>3 (Суаз"), что 'также, вероятно, связано с включением в зрабутоксин Рго'В, и атомами С остатков 01п> и Азп22 (Бегзз), В целом же точность совпадения результатов теоретического анализа с опытными данными следует признать удовлетворительной.
То обстоятельство, что конформация цикла 1.еп! — Сузз-', полученная только при учете взаимодействий между входящими в него Остатками, не претерпевает заметных изменений прн включения его в трехмерную структуру белка, где реализуется целый ряд новых контак- 5,0 6,0 5,6 4,6 5,1 6,2 4,6 4,5 5,! 5,6 5,6 4,8 5,4 5,4 5,6 6,1 5,5 5,6 21,0 20,6 23,2 21,2 5,7 6,5 6,6 6,7 8.4 8,0 6,2 8,9 (2)... (23) (2) ...(24) (3)...(23) (3)...(24) (4)...(23) (4)...(24) (16) ...(22) (16)...(23) (!6)...(23) (16)...(24) (17)...(22) (17) ...(23) (17)..(23) (17)...(24) 7,7 8,5 5,7 6,5 8,2 8,4 ! 1,6 11,3 11,9 11.1 11,1 9,7 12,4 10,0 тов, указывает на наличие у эволюционно отобранной аминокислотнон последовательности весьма совершенной согласованности между всемв внутри- н межосгаточными взаимодействиями. Изучение конформационных возможностей участка нейротоксина П Ьеп'-Суззз позволяет выяснить роль отдельных аминокислотных остатков н оценить влияние мутагенеза на формирование трехмерной структуры белка.
На основе полученных данных были рассчитаны конформационные состояния участка 1 — 23 следующих гомологичных нейротоксинов: а, Р, 4 СМ-14 и !!. Они содержат по 61 остатку и имеют такую же, как у нейротоксина П, систему дисульфидных связей, На участке 1-23 пере. численных белков насчитывается от одной до пяти замен. Ниже рассматривается влияние этих замен на рассчитанную структуру циклического фрагмента нейротоксина П Ьеп'-Суззз. У нейротоксина а, как и у остальных четырех гомологичных белков, вместо остатка Бег'а находится Рго'а.
Такая замена делает невозможной реализацию К-состояния у предшествующего остатка Суз", что приводит к дискриминации а-спиральных структур и 9 из 10 ))-структур, представленных в табл. !У.!. В эту группу не входит циклическая конформация Ьеи'-Суззз, в которой Суз'~ находится в В-состоянии. В линейном варианте гомологичных белков (с Рго'") она становится глобальной, В циклической конформации фрагмента нейротокснна П Ьеп'-Суззз остаток Беги имеет угол у = -67,2', т.е, близкий к фиксированному углу у = -57,6' для пролина, а угол у = 151,3' у Бег'з находится в области, дозволенной для пролина. Расчет линейного и циклического фрагментов Ьеи'-Суззз нейротоксина показал, что включение Рго'з вместо легка не вызывает стерических затруднений, не изменяет конфигурацию дисульфидного мостика и лишь незначительно сказывается на значении угла зу(Суз'~), который изменяется с !34,5 до 124,9'.
Абсолютная конформационная энергия н величины стабилизирующих межостаточных взаимодействий в структурах нейротоксинов П и а практически совпадают. Последовательности нейротоксинов П и Р на участке 1-23 различаются в двух местах: Ьеи' заменен на Ме!', Бег'" — на Рго'". Влияние пролнна рассмотрено выше. Что касается другой замены, то она также не вызывает осложнений. Для определения положения боковой цепи Меб построена карта ~,-)(з (при уз = 180'), из которой следует, что наиболее предпочтительная ориентация боковой цепи Ме!' отвечает углам уь — 180, 180' (у Ьеп' нейротоксина П - !80, 60'). У нейротоксина 4 трн остатка в рассматриваемом фрагменте отличаются от нейротоксина !! (Тпг", О!п'з и Рго'" вместо Рго", Ьуз'з и Бег'з).
Их основные цепи легко принимают значения углов д, ~с соответствующих остатков исследованного фрагмента нейротоксина П, а боковые цепи включаются в его систему стабилизирующих контактов. Положения последних следуют нз конформационных карт у,-уз для Тпг" и О!п'з, полученных в поле циклической структуры; у Тпг" из-за соседства с Рго'~ приемлемо лишь одно значение угла ул — 60', у О!и" наиболее предпочтительна ориентация боковой цепи у,,)(з — 180, 60' и ,"(з - 90'. Нейротоксин СМ-14 на участке ! — 23 содержит следующие четыре замены; Ме!', Пез, 1!е'4 и Рго'з вместо Ьеп', О!пз, Тпгы и Бег'" )!а!!)Иформационные возможности боковой цепи Ме!' в этом белке удовлетй!Ягительно пеРедает каРта )1,-",1м полУченнаЯ длЯ нейРотоксина О. урдена О!пз и 1!ез, как показало сопоставление соответствующих сечений аяьтенциальной поверхности, сопровождается ослаблением взаимодействий чяйковых цепей нового остатка и НВ' вследствие потери электростати~якого вклада; конформационная свобода 1!ез ограничена, по существу, ейной областью при Тп уз - 60, 180'.
Малую подвижность имеет также ийковая цепь Пем; наиболее выгодная ее ориентация отвечает значениям «:„тз — 180, 180', далее следует — 60, 180' и — 60, 180'. Нейротоксин )3 величается от СМ-14 еще одной заменой Рго" на Агй". Влияние на кйнформацию участка ме!'-суэзз четырех других замещений аналогично рассмотренным случаям. Боковая цепь Агй" обладает большими конфорИиднонными возможностлми В отношении углов Ко )1з ПРИ )1з, Уд 180 чем при )1з — 60 и -60'.
Самыми выгодными положениями боковой цепи !при Хз, Х4 180'), являются у,, Тз — — 60, 180' и -60, -60'. На !э0-2,0 ккал/моль менее предпочтительно положение уь )!з — 60, 180'. Таким образом, рассмотрение в свете результатов теоретического кпнформационного анализа фрагмента нейротоксина 1.еп'-Суз"'' пяти пхиологичных белков приводит к заключению, что различия в аминокись потных последовательностях участка 1-23 не сказываются на форме ПЕптидного остова и конформации дисульфидного мостика Суэз — Суэз'. Все остатки гомологов свободно встраиваются в рассчитанную для нейротоксина П циклическую трехмерную структуру 1.еп' — Суза', не вызывая ее дестабилизации. Принимаемые иногда новыми остатками иные положения боковых цепей также отвечают низкоэнергетическим областям т1-)1з соответсгвУющих остатков нейРотоксина П, котоРые в этих слУчаЯх пказываются более предпочтительными.
Следовательно, рассчитанная геометрия белкового остова предоставляет возможность реализации у различающихся аминокислот в эволюционно отобранных последовательностях нейротоксинов ряда конформационных состояний. Для всех гомологов найденная структура фрагмента 1 — 23 является глобальной. Только что изложенные результаты исследования пространственного СТроения трикозапептидного М-концевого фрагмента нейротоксина представляют исключительный интерес для понимания принципов структурной Организации белковых молекул и утверждения бифуркационной теории Еаертывания, физической конформационной теории и метода расчета аЬ Чз!1ю на атомном уровне трехмерных структур.
Перечислим наиболее яазкные вопросы самого общего порядка, в решении которых данные зворетического конформационного анализа участка Беп' — Сузы иейротокьина П обретают принципиальное значение. 1. Впервые на количественном уровне доказано наличие согласовани в белковой глобуле всех ближних, средних и дальних невалентных аимодействий. Глобальная конформация свободного фрагмента фй'-Суззз совпала (с экспериментальной точностью рентгеноструктурного ализа хорошего разрешения) с геометрией соответствующего участка в сталлической структуре гомологичного белка, в которой остатки 1.еп'— азз образуют, помимо учтенных в расчете, множество других контактов атками С-концевой части последовательности !Тугм-Азпм). 425 2.
Выявлены функции ближних, средних и дальних взаимодействии определяющих возможность, направленность и предел самопроизвольного процесса свертывания белковой цепи в нативную конформацию. Этот вопрос рассматривается (с привлечением экспериментальных данных а неравновесной термодинамической модели) в следующей главе после анализа результатов априорного расчета пространственной структуры мо.
лекулы бычьего панкреатического трипсннового ингибитора. 3. Расчет белкового фрагмента подтвердил вытекающие из конформа. ционного анализа многих цистинсодержащих олигопептидов выводы о роли дисульфидных мостиков и механизме их образования. Можно считать доказанным, что автоматизм в создании Б-Б-связей в белковой глобуле обусловлен стерической предрасположенностью соответствующих участков аминокислотной последовательности к такому формообразованию, которое неизбежно ведет к сближенности определенных остатков цистеина и необходимой для окисления атомов серы взаимной ориентации нх боковых цепей. 4.
Впервые на теоретической количественной основе рассмотрены те особенности в структурной организации белковой последовательности, которые ответственны за консервативность геометрии основной цепи пря многочисленных, однако всегда строго детерминированных (гомологичных) заменах аминокислот. 5. Совпадение результатов априорного расчета конформационных возможностей сложного белкового фрагмента с опытными данными о кристаллической структуре белка впервые убедительно подтвердило, во-первых, справедливость физической теории структурной организации белков, лежащей в основе данного расчета, и, во-вторых, реальность многоста. дийного подхода, использованных потенциальных функций и параметризации для количественной оценки невалентных взаимодействий, формирую.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
