Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 151
Текст из файла (страница 151)
1У.20, а, в). Во всех структурах. разрешенных для БПП, и его рассмотренных аналогов, С-концевой дипептидный участок может находиться лишь в развернутом состоянии !е) Из 16 шейпов, разрешенных в общем случае для пснтапептида, у этих молекул исключается половина со свернутыми формами С-концеовогс дипептида [!). При замене 2,-А!а4 на В-А1а4 именно запрещенные для БПП» типы структур и только они становятся возможными. Следовательно конфоРмационные состоЯниЯ молекУл БППз н [О-А1а'! — БППз по фоРме основной цепи и шейпу полностью альтернативны. Метилирование пел. тидного азота аминокислотного остатка с 1.- и В-конфигурацией огранили вает конформацнонную свободу предшествующего остатка Невозмож. 554 ность реализации его в К-состоянии исключает ряд форм основной цепи, не уменьшая, однако, число шейпов.
Проведенное рассмотрение решения обратной структурной задачи на уровне шейпов и форм основной цепи показывает, что даже простейшие химические модификации пептидной последовательности, такие, как единичная аминокислотная замена, Х-метилирование и изменение конфигурации асимметрического центра остатка, могут существенно сказаться на конформационных возможностях молекулы. Благодаря исключению из последующего рассмотрения целого ряда тинов пептидного остова, а в каждом типе — форм основной цепи и, следовательно, большого числа конформационных состояний, на этом этапе достигается значительное сужение границ поиска нужной структуры. Особенно важно то обстоятельство, что стерические последствия всех отмеченных изменений химического строения, сделанных по отдельности или в комбинации, можно заранее предвидеть при рассмотрении задачи в общем виде.
Кроме того, они имеют универсальный характер, т,е. справедливы для любой аминокислотной последовательности. Перейдем теперь к завершающей стадии решения обратной задачи, требующей строгой количественной оценки влияния химических модификаций на конформационные состояния пептида. В табл, 1У.22 приведено энергетическое распределение оптимальных конформаций молекул БПП5, [Ргоа] — БПП5 и [Х-МеА!а']-БППз в соответствии с их формой и шейпом пептндного скелета [372, 373].
У природного пентапептида доминирующей предпочтительностью обладают конформации двух типов — /е/е и///е. Наибольшие вклады в стабилизацию конформаций первого шейпа с формой основной цепи КВВЬК вносят электро'статические взаимодействия между а-аминогруппой Ьуз и С-концевой карбоксильной группой Рго [- — 7,0 ккал/моль) и дисперсионные взаимодей'ствия алифатической части боковой цепи Ьуз~ с основной цепью фрагмента А[ах — Ргоз [--7,5 ккал/моль). Лучшая конформация шейпа /77е с формой КККВК уступает глобальной -2,0 ккал/моль. Она компактней последней и в силу этого предпочтительнее по дисперсионным взаимодействиям, но проигрывает -4,5 ккал/моль по энергии электростатических взаимодействий из-за удаленности боковой цепи Ьуз от С-концевого участка.
Как уже отмечалось, структура типаже может оказаться самой предпочтительной в снльнополярных средах нлн при образовании ионных пар с заряженными группами других молекул. В работе [372] были сопоставлены структуры и конформационные возможности природного пентапептида БПП5 и ряда его синтетических аналогов с имеющимися экспериментальными данными об их биологической активности. Сопоставление позволило выявить низкоэнергетические конформационные состояния с формами основной цепи КККВК и КВВЬК, актуальные для проявления соответственно ингнбирующего и потенцирующего эффектов пентапептида.
Сделан вывод, что полифункциональность БПП5 обусловлена наличием соответствующего числа предпочтительных по энергии конформаций и возможностью смещения равновесия между ними под влиянием внешних условий. В связи с этим становится важным прогнозирование синтетических аналогов, избирательно моделирующих ннзкоэнергетнческис конформации природного пептнда. 555 Таблица 1У 22 !Рго ].БППг 1Б-Мед!а"3-БПП, БППг Интервал энергии !7„он икал/моль Шейп Форма ссТе сТсс 7ссс 1 2 !О 4 20 47 1 75 2 8 3 6 ~гас 4 5 5 2 1 21 16 фее 2 25 58 21 4 !4 ВЕВВЙ Й!.Й!.Й Й!.В!.Й ЙЕЙВЙ ЙЫ.ВВ ВБВВК ЙВЙБЙ ЙЙБВЙ ЙВВ!.Й КВЙВЙ ЙЙ!3.Й ЙЙВВЙ ЙЙЙ! Й ЙВЕВЙ И.Ы К ЙЙВБЙ ККЙВК ЙВ! !.Й Распределение копформацнй браднкииннпотенцнругопгего пептнда БППа и его сивтетнческнк аналогов по энергии 0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 >5 0-! 1-2 2-3 3-4 4-5 >5 0-! 1-2 2-3 3-4 4-5 >5 12 8 12 12 8 83 36 !6 2 7 !1 б Ю 47 2 б 32 5 48 47 5 4 48 г 8 11 4! 5 Замена остатка А1аа в последовательности БППз на Ча!х не влияет на химически активные группы, и поэтому различие в биологических свойствах БППз и [Ча!4]-БППз может быть отнесено за счет стерического фактора.
Конформационный анализ обеих молекул показал, что такая замена не улучшает ни одну из высокоэнергетических конформаций природного пептида. Все изменения в распределении по величинам энергии структурных вариантов [Ча14]-БППз по сравнению с БПП, коснулись лишь представителей шейповуеуе иЩе, т.е. самых предпочтительных для исходного соединения состояний. Разрыв в энергии между лучшими конформациями КВВ1.К [Ге7е) и КККВК [фге) возрос с 2,0 до 4,1 икал/моль. Лучшая структура [Ча!4]-БППз с основной целью КВВ1 К не только сохранила ориентацию боковых цепей -Ьузз — н -Рйез — н близость групп Х+Нз и СОО-, а следовательно, и все характерные для глобальной конформации природного пептида стабилизирующие контакты, но и приобрела ряд дополнительных выгодных взаимодействий боковой цели Ча! с остатками Рго и пироглутаминовой кислоты. Структура этого же типа, но другой формы [КВКВК) [см.
табл.!Ч.22) молекулы БППь обладающая невысокой энергией, имеет у [Ча[4] — БППз значительно более высокую энергию вследствие наталкивання боковой цепи Ча!4 на остаток <О!и'. У структуры с формой КККВК шейпа фе появление Ча! делает необходимым переориентацию боковых цепей второго и третьего остатков, сопровождаемую изменениями на десятки градусов углов д, ж основной цепи.
Поэтому можно ожидать у синтетического аналога [Ча14]-БППз заметное понижение ингибирующей активности по сравнению с природным пептидом БППР В то же время оба соединения не должны существенно отличаться по потенцирующей способности, поскольку при замене остатка в четвертом положении основная для этой функции структура КВВ1.К остается самой выгодной по энергии, а значения ее конформационных параметров меняются незначительно по сравнению со структурой природной молекулы; наибольшие отклонения [14') от оптимальных значений претерпевают углы зуз и ц~4.
Если поставить задачу о выделении практически в чистом виде структуры с формой основной цепи КВВ1 К и сохранении из всего спектра активностей только потенцнрующей способности пентапептида с пролонгацией его действия в организме, то, по-видимому, нельзя предложить ничего более простого и более эффективного, чем замену у остатка А!аа атома Н при атоме Х на метильную группу, Еп!е до детального конформационного анализа можно утверждать, что соединение [Х-МеА!ах]— БППз не будет обладать ингибирующей активностью, так как ответственная за эту активность форма молекулы КККВК запрещена. Высокую энергию будут иметь и все другие структуры, у которых третий остаток находится в К-состоянии.
В их число не входит ответственная за потенцирование структура КВВЬК. Как видно нз табл. 1Ч.22, она, действительно, является единственно реальной. В пределах нескольких градусов у глобальных конформаций КВВЕК молекул БППз и [Х-МеА!ах] — БППз совпадают значения вссх двугранных углов вращения вокруг связей основной и боковых цепей. 557 Из общих соображений можно полагать, что замена в последовател~ ности БПП, Ьузз на остаток, лишенный положительного заряда, например на О[п, приведет к обратному эффекту по сравнению с заменой А1аа на з/й' или !4-МеА1а4.
Детальный конформационный анализ молекулы [01пч]-БППз [373] показал, что и здесь так же, как у природного пептнда и его аналогов, конформационное равновесие описывается структурнымв вариантами с шейпами пептидного скелетауеуе и фе. Однако если у БПП, [УаИ]-БППз и [Х-МеА!а~]-БППз равновесие, особенно в последнем случае, смещено в сторону структур типаже/е, то у [О!п~]-БППз — в про. тивоположную. У этой молекулы конформация с формой КККВК (/7/е) предпочтительнее лучших конформаций типа /е/е с формами КВВЬК в КВКВК соответственно на 4,1 и 4,3 ккал/моль. Резкая дестабилизация пря замене Ьузз на О!пз структур с шейпом пептидного скелета 7е7е и нивелировка вариантов этого типа, отличающихся формой основной цепи, вызваны ослаблением электростатических взаимодействий, роль которых в стабилизации альтернативных структур свернутого типаже значительно меньше.
Подобное воздействие на устойчивость конформационных состояний окажет также замена лизина на норлейцнн, глутаминовую кислоту и треонин. Имеющиеся данные об ингибирующсй активности БПП, (1зв 0,05 мкг/мл) н его синтетических аналогов []4!е~] — (0,2), [О!п~] — (0,4), [О!пз] — (3,0), [7Ъгз] — (5,5) свидетельствуют об актуальности для реализации этой активности структуры пентапептида с формой основной цепи КККВК, а также о большем значении для эффективности действия размера гндрофобной части боковой цепи остатка во втором положении, чем наличия на ее конце положительного заряда [374, 375]. В том случае, если при изучении биологических функций браднкининпотенцирующих пептидов возникает необходимость в препарате, близком природному пентапептиду БППз по химическому строению, но лишенному его биологических свойств, следует использовать пептид [Рго" ] — БППз При замене А!ая на Ргох заведомо исключаются все актуальные для функционирования природного пентапептида конформации шейпов /е/е я Луе (см.
табл. 1У.22), Следующий из расчета вывод об отсутствии у этого аналога как ннгибирующей, так и потенцирующей активности полностью подтверждается биологическими испытаниями. Прн замене остатка в четвертом положении у БППз и [Х-МеА!а']-БПП1 соответственно на /)-А1а' и /)-Х-МеА!а' действует правило альтернативного запрета, В каждой паре все структуры, разрешенные для молекулы с одной конфигурацией асимметрического центра остатка, запрещены для молекулы с другой конфигурацией.
Поэтому очевидно, что пентапептиды с /)-А!аз и Р-И-МеА1а4 не будут обладать биологическими свойствами природного соединения. И здесь, как и в случаях БППз и [Х-МеА!а ]-БППп появление метнльной группы при атоме азота основной цепи сопровождается резкой энергетической дифференциацией состояний, принадлежащих у незамещенной молекулы к самым предпочтительным Глобальная конформация [/7-А]а']-БППз становится практически единственно возможной у [/)-Х-МеА!а"] — БППь Правило альтернативного запрета на структуры 55Я справедливо только при условии, когда за 7.-остатком, заменяемым на !)-изомер, находится Рго.
Если этого нет, то такая замена не ведет к заведомому элиминированию каких-либо шейпов пептидного скелета. Тем не менее во многих случаях включение О-аминокислоты, особенно заме- щенной по атому азота, может оказаться наиболее эффективным способом решения обратной структурной задачи. Это зависит от цели исследования, конкретной последовательности н конформационных возможностей природного пептида.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
