Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 150
Текст из файла (страница 150)
Предсказать заранее все последствия й-аминокислотных замен, в которых не участвует Рго, как правило, невозможно. Можно лишь утверждать, что в данном случае не происходит очевидное элиминирование ии одного типа структур. Это объясняется возможностью реализации у 19 аминокислотных остатков состояний с К-, В- и1 -формами основной цепи (исключением является только Рго) и отсутствием стерическнх напряжений между соседними остатками при всех формах основной цепи шейпов е иу. Подтверждением сказанному может служить явление гомологии белков, т.е. реализация трехмерных структур одной и той же формы основной цепи у различных, но непременно эволюционно отобранных последовательностей. На примере нейротоксина 1! (см.
гл 15) показано, что у серии гомологичных белков структуры одной и той же формы основной цепи являются во всех случаях глобальными. Интересной конформационной спецификой обладают Х-метилнрованные аминокислоты [369). Приведенные на рис. 1Ч.20 потенциальные поверх ности метиламида Х-ацетил-М-метил-Ь-аланина (а) и диметиламида )'ь ацетил-(,-аланнна (в) показывают, что появление метильной группы при азоте радикально сказывается на конформационной свободе основной цеп" как собственного, так и предшествующего остатка.
Для первог~ (рис. 1У.20,а) запрещается область К, а область В становится практически р'(с"-с') (во -(во (во -(во ао -(во - (во - оо о во вво -во о оо ~во е "(((-С") а е. )Ч20. Конформационные карты е-м метиламида (Н.ацетнл-т)-метил-Е(В)-аданаиа 6), диметиламидов Х-ацетил-((В)-аленина (е, г) и е)-ацетил-а(-метил-(.(В)-лавинна (д, е) -)В() -ао -ра о и гвс -ао () ро )й() ~ ()(-Си) Р н с !Ч.21 Конформационные карты Е-Ч метнламидоа )Ч-ацетил-Е;клапана (а) и -()-аленина (()) Й', лкаа/гтааь йа -т -ю () я() -р() и ю гао а'(с"-с') Р и с 1Ч.22 Потенциальные крнаые 13-Ч метиламндоа Х-ацетил-Ыпролнна (и) и -О-пролила (о) эквивалентной по энергии и по площади области 1..
Во втором случае (рис. 1У20, е) при метилированни азота основной цепи одного остатка и его предшествующего соседа становятся нереальными все конформации с формой В, а наибольшую вероятность приобретают состояния с формой В. Как и прн аналогичном воздействии Рго, причина запрета формы н заключается в наталкиванин, возникающем при значениях углов о, Ч/ в области правой а-спирали и любых значениях угла уп атомов водорода при атоме Срого остатка на атомы водорода И-метильной группы (1'+ 1)-го остатка Х-метил-(.-аленина (или на атомы водорода метиленовой группы пролинового цикла) Так как для Х-метилированного и предшествующего ему остатков разрешены В- и (.-состояния, то основная пель днпептндного участка может иметь развернутые (В-В, 1;В) н свернутые (В-(., 1 1.) формы.
Поэтому введение в цепь Х-метилированных 1.-аминокислот в отличие от Рго не снижает количество подлежащих рас смотрению шейпов пептндного скелета, но резко уменьшает (по крайней мере в 2 раза) набор разрешенных форм основной цепи каждого тнпл, нз 550 ~1нализа заведомо исключаются все варианты с К-состоянием двух )зстатков. Изменение у свободной а-аминокислоты Ь-конфигурации асимметрического атома С» на 0-конфигурацию не влияет на геометрию и конфориационную свободу монопептнда На рис.
1Ч.20 — 1Ч.22 справа приведены конформационные карты метиламидов )ч-ацетил-0-аминокислот, которые идентичны картам соответствующих Е-изомеров, повернутым на 180' Ясли у метиламида 1ч-ацетил-Ь-аланина разрешенными являются К-, В- и Ь-области, то у 0-аланина — Ь*, Н" и К*, причем потенциальная поверхность К-области первого изомера эквивалентна поверхности 1." второго, а В-области — Н* и Ь-области — К* (см рнс.!Ч.21, а, б).
Области В и 1. у трех Х-метильных производных метиламида Х-ацетил-7.-аланина полностью отвечают Н»- и К"-областям соответствующих производных 0-аланина (см. рис. 1Ч.20). Следовательно, в исходных наборах моноиептидных низкоэнергетических состояний структурные варианты Ь- и 0- остатков одинаковы в отношении ближних взаимодействий и отличаются лишь значениями углов <р, чг (<ро = ~р, + 180', игр — — чг„+ 180'). Комбинации форм Е-остатка (К, В, Ь) с формами 0-остатка (Ь", Н*, К») приводят как к развернутым (К-Ь', К-Н" и т.д.), так и к свернутым (К-К*, В-Н' и т.д.) формам основной цепи дипсптидного участка Поэтому замена остатка в Е-аминокислотной последовательности на остаток с 0-конфигурацией не сказывается в общем случае на шейпах пептидного скелета.
Исключение имеет место лишь при включении в цепь 0-остатка перед Рго. В этом случае остаток Рго запрещает у предшествующего остатка все конформационные состояния со значениями угла дг > 0'. Соответствующий дипептидный участок, например 0-А)а-Рго, может иметь формы К*-К, К*-В, Н*-К и Н*-В, относящиеся к свернутому типу (7). Таким образом, если у пептида перед Рго находится остаток с Ь- конфигурацией, то для него запрещены все шейлы со свернутыми формами основной цепи дипептидного участка; если же предшествующий Рго остаток имеет 0-конфигурацию, то запрещенными оказываются все шейлы с развернутыми формами. Ряд природных соединений, например избирательно индуцирующих транспорт ионов через мембраны, построен из регулярно чередующихся амино- и гндроксикислотных 1.- и 0-остатков (антибиотики валиномицин, анниатин, боверицин и др.).
Функциональные свойства мембранно-активных молекул в значительной степени определяются конформационными возможностями депсипептидной цепи, которые не полностью адекватны возможностям чисто пептццной цепи с гомогенной асимметрией атомов С". Специфика формообразования депсипептидов во многом обусловлена особенностями ближних взаимодействий амино- и гидроксикислотных остатков. На рис.!Ч.23 приведены конформационные карты метиловых эфиров Х-ацетил-Е:аланина (а) и Х-ацетил-Х-метил-Е-аланина (в), которые дают представление о ближних взаимодействиях аминокислотного звена депсипептидной цепи [370, 371) Потенциальная поверхность дезметильного производного имеет четыре неравновероятных минимума.
Разрешенные области в левой части карты (К и В) значительно глубже и шире, 55! -)8О -Ю О И аи -Р2) 2) М ДД) у (я-с ) р и с.!Ч.22. Конформационные карты гр — гр метиловык эфиров Х-ацетил-ИР)-аланниа га, П) н -)т'-метил-к(2))-алаиина (а, г) чем в правой (Ь и Н). В отличие от метиламида Х-ацетил-Ь-аланина (см.
рис. 1Ч.21, а) на карте метилового эфира (см. рис. 1Ч. 23, а) более сглажена потенциальная поверхность перешейка между областями К и В, так что возможны практически все значения угла гр. У Х-метильного производного существенно уменьшаются области низкой энергии при гр < () (см. рис. 1У.23,б); минимумы в левой и правой частях карты становятся приблизительно равновероятными. На конформационной карте метнламида О-ацетил-Ь-молочной кислоты (рис. 1У.24ит), имитирующего гидроксикислотное звено депсипептидной цепи, наиболее предпочтительны конформации К и В; области в правой части карты (1.
и Н) характеризуются высокими значениями энергии и являются запрещенными. Конформационная свобода диметиламида О-ацетил-Ь-молочной кислоты (рис ! Ч.24,в) ограничена, по сущссгву, только одной областью В. Таким образом, все конформацнонные состояния амино- и гидроксн- 552 уа'('С"-С') 700 -700 -)В0 "00 0 00 707 "Я7 0 07 700 р См-с ) Р и е. Гт'.24. Конформадионные карты Е-и метнламида (и, б) и диметиламнда (е, е) О-виетип-ЫР)-молотила кислоты кислотных остатков депсипептида, как и у аминокислотной последовательности, описываются с помощью тех же четырех канонических форм К, В, Ь и Н.
Различия в конформационной свободе остатков пептидной и депсипептидной цепей касаются числа разрешенных областей, их относительной энергии и размера. Варьирование боковых цепей и Х-метилирование в обоих случаях не сопровождается образованием новых областей низкой энергии. Выше бь)ли рассмотрены поддающиеся априорной оценке воздействия на шейпы основной цепи: замены остатка на пролин, Х-метилирование, изменения Ь-конфигурации остатка на О-, замены аминокислоты на гидроксикислоту. Проанализируем теперь влияние тех же факторов на формы основной цепи аминокислотной последовательности.
Решение обратной структурной задачи на уровне формы основной цепи и конформации удобно рассматривать (без нарушения общности выводов) на конкретных 553 примерах. В качестве таковых выбраны аналоги брадикининпотен цирующего пентапептида [БППз), пептид Ь- сна и ангиотензин П. 19.2. АНАЛОГИ БРАДИКИНИНПОТЕНЦИРУЮЩЕГО ПЕНТАПЕПТИДА Исходными в решении обратной структурной задачи для природнов молекулы БППз [<О! пг-Пуз~ — Т~р' — А1а'-Рго') послужили его формы основной цепи, полученные путем комбинации всех возможных форм струк. турных вариантов перекрывающихся трипептидов 1-3 и 3-5 [см. гл 8) При замене у БППз остатка А1а на Рго становятся запрещенными все структуры со свернутой формой на участке 3 — 4. Но и среди структур разрешенных типов не могут быть реализованы варианты, в которых четвертый остаток пентапептида находится в 1.-состоянии, а третий — в К-состоянни.
В результате из дозволенных для БППз конформаций с 18 различными формами основной цепи 8 типов у синтетического аналога [Рго4[-БППз можно ожидать реализацию состояний лишь с шестью формами четырех типов пептидного скелета. Все аминокислотные остатки, за исключением О!у, имеют более объем ные боковые цепи, чем А!а. Замена в пептидной цепи молекулы БПП, остатка А!а4 на любой другой остаток, кроме О)у, должна вызывать определенные сгерические ограничения и приводить к смещению характерного для природного пентапептида положения конформационного равновесия, каких-либо новых оптимальных состояний, запрещенных для исходной молекулы, при этом появиться не может. Однако поскольку все стандартныс остатки, кроме Рго и С1у, имеют сходные конформационные карты <р-~у с разрешенными областями К, В, Ц то такая замена не приведет к заведомому исключению из рассмотрения структурных вариантов форм нли шейпов пептидного скелета, дозволенных для БППз с А!а4.
Влияние подобных замен выявляется при учете только средних и дальних взаимодействий, т.е, в расчете конкретных конформационных состояний, а не при полуколичественном рассмотрении форм основной цепи и тем более шейпов. Введение в четвертое положение пентапептида остатка !9-Мед!а не ограничивает типы пептидного остова, а затрагивает лишь формы, нереальными становятся те из них, в которых третий и четвертый остатки находятся в К-состоянии [см. рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
