Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 117
Текст из файла (страница 117)
Различие между конформациями пептидной цепи шейповуе~г и е~г касается только положения остатка Туг'о относительно свернутого одинаковым образом участка Т)зг" — Суз'4, Лучшая конформация шейла ~еуг Кз,г-КШ-Н -К -В изоэнергетична конзг формации В,м — Кзг-Н вЂ” К -В шейла егуг. Полностью свернутые 1О 11 12 13 14 конформации шейпа)4 образуются при двух формах основной цепи: К'"- Км-Н'г — К'3 — В'4 и К'о-В"-Н'2-К'3 — В'4. Все варианты с а-спирально!1 формой высокоэнергетичны из-за отсутствия значительных стабилизирующих взаимодействий, а не вследствие напряжений, вызываемых Рго'3.
Для дальнейшего анализа отобраны 13 конформаций шейпов е~, еззг Уе>ваге>* иуы энергия которых не превышает 6,0 икал/моль. Исходные приближения для минимизации энергии октапептида О1из-Суз'4 сформированы из самого предпочтительного конформационного состояния В!21-В~-ВУ!КЧ> участка О!в' — Ргоа-Рго' и отмеченных 13 состояний участка Туг'о — Суз'4. Полученные после минимизации при варьировании углов бр,зр, о>и у величины относительной энергии различных конформацийоктапептида приведены в табл.157.6. Конформации шейна )эгяэ-Ргоз-Азрэ-Рьеэ-суза — ьеи* — огиз — Ргоз — Ргоз — туг'е-тьгм — сэ!уэз — Ргоэ э-сузээ Р и с!7.3.
Схема расчета коиформаиий фрагмента Агяэ — Сузи молекулъэ БИТИ ез/з имеют три формы основной цепи, одна из которых представлена пятью вариантами, а две другие — одним. В конформациях всех форм этого типа дополнительные взаимодействия осуществляются в районе стыковки фрагментов О!пт-Ргоо и Туг'о-Сузил на уровне ди- и трипептидов. Близкая ситуация наблюдается у конформаций типа ез/ез/ь которые отличаются от ез/з изгибом на участке Рго~-Туг'в. Благодаря возникновению незначительных тетра- и пентапептидных контактов энергия некоторых конформаций этого шейпа на 1,0 — 2,0 ккал/моль ниже соответствующих конформаций ез/и В ряде случаев образование новых стабилизирующих взаимодействий сопровождается ослаблением взаимодействий внутри фрагментов 01ит-Ргое н Туг'о-Суз'е. Некоторые конформации пентапептида с формой основной цепи К-К-Н-К-В!/е/з) представляют собой компактные структуры и имеют низкую энергию.
При их включении в конформации октапептида шейна е~е/з возникают дополнительные контакты между остатками Ргоч и О)ум (- — 2,0 ккал/моль). Однако зто приводит к дестабилизации фрагмента Туг'е-Суз'4 и увеличению энергии приблизительно на 5,0 ккал/моль, что указывает на некомплементарность состояний типа ез у трипептида и /е/з у пентапептида, соединенных между собой цепью Ве-гс'о (е).
При состыковке фрагментов, находящихся в тех же конформационных состояниях, с помощью свернутой цепи ке-Киэ !/), т.е. в случае конформации октапептида шейпа ез/зебр, возникают сильные стерические препятствия, и зти конформации становятся нереальными. Шейп езгзеУ'представлен одной конформацией, в которой сближены почти все остатки; суммарная энергия дополнительных тетра-, пента- и гексапептидных взаимодействий составляет — 5,0 ккал/моль.
Тем не менее такие Контакты неэффективны, так как их образование сопровождается ухудгпением взаимодействий во фрагментах О!пу-Ргое и Туг'о — Суз". Конформация еа~зеУ' уступает глобальной структуре 6,5 ккал/моль. КонфоРмациЯ близкого шейна гз/зеУ'вообще нестабильна из-за пеРекРывания ван-дер-ваальсовых радиусов атомов. 435 Таблица 137 О Относительная энергия конформецнй фрегменте ГЗ1нз-Сузз4 молекулы БПТИ Гзм,н ккезб моль Конформеция Шейл ез/г Вп,-в-н-вп-вп-н -К--в, 7 8 9 !О 11 1г 13 14* 1,7 — в ВЗ 1,3 В131-  — В - Вгп - Кзг - Н - Р. Вп1- — В -Влг-Кгг 4,2 2.7 В11 — В -В -Влг — Рзг-Н -К вЂ” -К -Вз 1,5 ВЗ ег/ег/г Вп1 —  — К -Влг-Кп-Н -К -ВЗ вЂ” Вз Вп,-в -К-Вгп-Кгг-Н -К 4,7 0,2 ВЗ вЂ” в 3,4 Вп,-в -К-в,п-вп-к -К Вп,-в -К-вл,-нп-к 4,6 еь/ ез/ейг Впз-  —  — Вгп- Кзг- ь — К -Вз 6,4 - в' — Вз 3,4 Вп,-В-В -Кп,-Кп-Н -К 4,2 3,3 Впз-В - — Кг1г-Кп-Н -К Впз-В -В -Кзп-Кп-Н -К Впг —  —  — Кгзг - Кп —  — К Вп,-В-В -Кл,-В„-Н -К В131 — В К Кгп- Взг Н К -ВЗ 2,7 ез/ге/ 43/4 — Вз 6,5 — ВЗ 3,0 егзз — Вз 0,3 Конформации, отобранные для последующего анализа.
436 Среди возможных конформеров пентапептида Туг'0-Суз'4 с полностью свернутой формой шейпа /4 лишь один вариант с основной цепью К'0-В и-Н'г-К'3-В'4 имеет низкую энергию. В конформации октапептида шейла ез/4 фрагменты О1пг — Рго" с развернутой формой цепи и Туг'0-Суз" со свернутой формой остаются в значительной степени автономными.
возникает только одно новое взаимодействие между Ргоз и Рго' (-1,2 ккал/моль). Ситуация заметно меняется, когда фрагмент Ргот — Туг'О становится свернутым, т.е, при переходе к конформации ег/5. Фрагменты сближаются, и появляются стабилизирующие контакты между Рго" и Т(зг1 (-2,3 ккал/моль), Рго и Рю' ' (-0,8 ккал/моль) и О(п~ в Рго'3(-2,1 ккал/моль). Однако и в атом случае между новыми и ранее Та64141Ш 1У 7 Энергетннесное распределение нонформацнй фрагмента дтй1 ргог йврв рйе4 Стев ! сцВ Янт ртов ргоэ 13110 Дне! Я712 рго15 С7514 И Р Гг н. и Шейп основной цепи 4 2 3 1 1 2 1 1 2 существовавшими у свободных три- и пентапептидных фрагментов Взаимодействиями нет удовлетворенной согласованности — появление Новых сопровождается ослаблением других. Тем не менее энергия единственной конформации шейла е~~~ остается одной из самых минимальных.
Таким образом, проведенный анализ октапептида О!пг-Сув!4 не обнаружил конформаций, содержащих такие контакты между фрагМентами Сг!пг-Рго" и Туг'е — Сув'4, которые привели бы к значительному Йонижению общей энергии. Лучшими вариантами у Се!пг-Сув!4 оказались те, в которых при минимальных контактах между Ст!п~-Рго и Туг!о-Сув!4 фрагменты имеют структуры, отвечающие наиболее предпочтительным йтруктурам при свободном состоянии этих фрагментов. К ним, прежде всего, относятся конформации шейпов ев/г и е~е~~~ с формами основной Цепи Вг-Вв Во В16 К1! Н!г В!3 25!4 и Вг Цв Ко-В1о К1! Н12 Д!3 ~!4 Начальные конформационные варианты тетрадекапептида Ага!-Су514 437 е,/44~/2 42/442/42/2 42/44,/е/2 ег/4егл ег/4 2/5 егйег/е1/ с!Лег й 42/244/42/2 42/245/е/2 2/2 5/4 42/244/5 2/2 4/1/ е/е/е/е5/2 е/е/е/42/42/2 е/е/е/е Хе/2 е/е/е/ег/4 е/е/е/42/5 е/е/е/ег/ев/ е/е/244/2 е/е/герцег/2 е/е/2е4/е/2 е/е/244/4 е/е/245/5 е/е/2ев/42/ ва 8-7 7-6 6-5 5-4 4-3 3-2 2-1 1-О 2 4 2 2 3 1 1 1 4 4 3 1 1 1 4 3 1 были составлены из предпочтительных состояний фрагментов Агй' — Ршз в О)из-Суз'4 (см.
табл. 1Ч.4-!Ч.б). Задача свелась к рассмотрению 70 коа формаций 24 шейпов. Энергетическое распределение оптимальных коа формаций тетрадекапептида Агй1 — Суз'4 (табл. 1Ч.7) свидетельствует, чт„ только варианты шейпов ез(4е515 и ез/4езуезУз имеют низкую энергию а перспективны для дальнейшего рассмотрения.
К ним также можно отнесг„ одну конформацию шейпа ез(4ез]я У первых двух шейпов наиболее предпочтительны те варианты, в которых остаток Агя| находится в состоянии В,пы Следовательно, у всех низкоэнергетических конформации ! обоих шейпов М-концевой фрагмент (Агу'-Ргоа) тетрадекапептида находится в одном н том же конформационном состоянии В пш-В -Вч 1 з 3 Кп-Вз-Взз-Вы,— В, а фрагмент Туг — Суз — в состоянии В -В -Нп 4 5 б 7 Ю ~4 ~о В'5 — В", причем в двух случаях наборы конформацнонных состояний боковых цепей Тугш и ТЬгп одинаковы. Восемь низкоэнергетических конформаций шейпов ез74ез~~ и еэ(4е~й,(з представляют собой комбинации самых выгодных состояний свободных нонапептида Агя'-Рго" и пентапептида Туг'с-Суз", к наиболее предпочтительным относятся также состояния октапептида О(п' — Суз'4, приведенные в табл. 1Ч.6.
В конформациях шейпа ез(4ебУз противоположные свернутые концы пептидной цели удалены друг от друга (рис, 1Ч.91. В более компактных конфоРмациЯх ез74ез]езуз сближенными оказываютсЯ остатки Рго'-, Сузб и Ргоа с остатками Туг'в и Суб'4. Однако из-за специфики боковых цепей этих остатков и их взаимного расположения эффективных невалентных взаимодействий здесь не возникает. Энергия конформаций подобного типа также слагается практически аддитивно из вкладов свободных фрагментов Агу'-Рго" и Туг'в-Суз'4, Конформации обоих шейпав различаются только состоянием (В или К) остатка Рго~. Из-за отсутствия дальних взаимодействий изменение одного угла 5(гэ приблизительно на 180' не сопряжено со значительными энергетическими затратами.
Найденные низкоэнергетические структуры двух шейпов тетрадекапептида представляют интерес потому, что в случае п5ейпа ез(4ез~з форма основной цепи полностью совпадает с конформацией фрагмента Агд'-Суз'4 в кристаллической структуре БПТИ. Более того, у самой выгодной конформации этого типа рассчитанные значения двугранных углов д, 4)4, го н )( совпадают с экспериментальными. Вторая группа низко- энергетических конформаций шейпа ез(4ез)ез(5 может реализоваться при свертывании белковой цепи в условиях ш гйго в процессе ренатурации восстановленной молекулы БПТИ. Т. Крейтон 17] при исследовании промежуточных состояний, образующихся при свертывании денатурированной белковой цепи, обнаружил продукт с дисульфидной связью между Суб' я Суз'", которая отсутствует в нативной структуре БПТИ.
В свете полученных результатов образование такой связи весьма вероятно. Расчет показал, что в самых предпочтительных по энергии конформацнях ез)4ез(ез)з свобоДного тетРаДекапептиДа Агу'-СУзм остатки СУз5 и СУ5" оказываются сближенными (см. рис. 1Ч.9). Таким образом, из найденных теоретически низкозиергетичсских конформаций двух форм основной цепи 8)яс, РЧ 9.
Шейлы предпочтительных конфор- Взй фрагмента Ага - Суз молекулы БПТИ 1 14 55 и ~с'-с') о уоо ого -гго уго о -уоо -уго -и о -уго -и о о и гго уоо ,Р (М-Ск) Р н к 1Ч.10. Совмегцеиные конформационные карты гр — зу метиламида Х-ацетил-ь-аленина и глицииа (пунктир) и остатков Азр, Рье, Суз и (еп (а), Сип (б) и О1 у (е) в конформации Э 4 5 4 7 12 фРагмента Агаг- СУз' с У,е = 2,8 акал/моль (см.
табл, 1Ч.5) молекУлы БПТИ Зананутыс зкаипатсипиалы озотвстствуют относительной знсргии 1.0 и 2,0 хкзв)моль. Звездочками етмсчсиы опгимальныс зиачсии» углов Е, Чг (в грал) одна совпадает со структурой в нативном белке, а другая отвечает промежуточному метастабильному состоянию при свертывании денатурированной цепи. Обе конформации представляют собой два варианта упаковки одних и тех же структур; на ранней стадии ренатурации они легко могут переходить друг в друга. Самые предпочтительные конформации Агя) — Суз'4 приведены в табл,!Ч.8. Обращает на себя внимание то обстоятельство, что наиболее визкоэнергетические варианты предпочтительны не только по величине об1цей энергии, но и по энергии каждого отдельного вида взаимодействий.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
