Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 152
Текст из файла (страница 152)
Так, замена 7.-остатка, находящегося в интересующей нас структуре в состоянии В, на Р-остаток всегда приведет к ее запрету. В то же время если заменяемый остаток имеет Е-форму основной цепи, то с включением 0-остатка вероятность реализации соответствующего конформационного состояния возрастет, поскольку при этом понижается энергия ближних взаимодействий данного остатка н расширяется область разрешенных значений его углов <р, ~!г, что может привести к установлению более эффективных межостаточных контактов. Большие возможности для целенаправленной детерминации искомой структуры открываются при замещении 01у на !.- и 0-А!а. При первой замене окажутся запрещенными все конформации, в которых углы гр, ~)г О!у находятся на стерической карте в области Н, а конформации с углами у, ~)г 01у в области Ь станут менее вероятными.
Во-втором случае, т.е. при замене О!у на В-А!а, окажутся невозможными конформации с В-формой 01у, а менее вероятными — с К-формой. 19.3. ПЕПТИД Ь-СНА И ЕГО АНАЛОГИ Пептид Ь-сна является одним из многочисленных гормонов мозга. Введение его млекопитающим вызывает у них снижение психической и двигательной активности, замедление сердечных сокращений и дыхания, а также появление некоторых других признаков ортодоксального сна, Своеобразие аминокислотной последовательности этого нонапептида Тгр' — А!аз — 01уз — 01у4 — Азрз — А!а" — Бег'-01уа — 01в" заключается в том, что ее большая часть состоит из остатков, у которых или вообще отсутствует боковая цепь (0!уз. 01у4, 01у"), илн она несущественна (А1а'-, А!аа, Ьегз). Результаты решения прямой структурной задачи приведены в табл. 1Ч.23 !376, 377!.
В нее включены девять конформаций различных шейпов пептидного скелета гормона с относительной энергией в интервале 0-10,0 ккал(моль. Для каждой структуры в таблице указаны энергетические составляющие ван-дер-ваальсовых взаимодействий и водородных связей ((/м„), электростатических взаимодействий (17,„) и заторможенного вращения (17,яг,).
Первые две составляющие конформацнонной энергии приведены отдельно для внутриостаточных, т.е. ближних, и межостаточных — средних взаимодействий. В предпочтительных конформациях Ь-пептида геометрия каждого остатка отвечает одному из низкоэнергетичсских состояний соответствующего свободного монопептида. По этой причине в ряду приведенных структур незначительны по величине и сравнительно постоянны торсионные составляющие Также консервативны величины 559 7аблиаа Л'23 Нпзковпергеткчеекке кокформвппк молекулы пептпдв П-екв 0 -3,8 25,5 -24,8 -15,0 5 5 и кз 11 В71 В в„в В 23 1- В21 1 в,п Ки В Изз И И21 К нз В4 !1 и В ЬВ73 к вв нкдп н к вн н вв, В НК21 ввв„ и ни, Век" З! П Взз К В32 в в, В Пп в в П Взз В37 к В32 Вев З11 В В371 В Взм Е В321 в вп, В321 В Ве, В В В В321 уеяеуе еезеезее 24.6 — 23,4 24,6 — 21,1 24,6 — 22,8 25,9 -21,4 25,0 -18,3 25,1 — 25,5 25,0 -20,6 25,1 -22,! 1,1 -4,5 6,9 -4,8 1,3 -4,2 2,0 -2,9 3,8 -4,7 4,5 -3,7 6,5 -3,4 7,2 -3,6 — 12,1 39 — 8,0 3,6 — 14,2 5,3 — 173 5! — 14.5 3,7 — 8,2 4,2 -12,7 5,6 -9,2 4,4 Пв П6 Ш ЭЧ Ч щ ЧП УШ леззезе фезеезе пуеееее УШ3ее Эуееезее фрее У,д„и особенно У„ближних взаимодействий.
Наибольшукз конформационную чувствительность обнаруживают, естественно, межостаточные средние взаимодействия. Оба вида взаимодействий между остатками имеют сгабилизирующий характер. Отметим кратко особенности лучших конформаций шейпов 7еЩеуе (1) и ееуееуее (Па), имеющих энергию соответственно 0 и 1,1 ккал/моль, а также конформацию типа 7еЛ)уее (Ч1), которая хотя и обладает большей энергией (4,5 икал/моль), тем не менее должна рассматриваться как вполне реальная.
Для всех стандартных остатков, за исключением О!у, запрещена по ближним взаимодействиям область конформационной карты Н. Остаток 01у, напротив, согласно рентгеноструктурным данным белков, часто имеет значения двугранных углов Эр, эр в этой области. Если заменить 01у у Ь-пептида, например в третьем положении, на 1,-А!а, то из последующего анализа автоматически могут быть исключены все конформациониые состояния, в которых остаток 0)уз имеет Н-форму (1, П)-Ч), а при замене на 0-А!а — Р-форму. В последнем случае запрещенными оказываются структуры Па, Ч1 и ЧП. К малореальным могут быть отнесены также структуры Пб и Ч1П, имеющие О!у в форме К, поскольку при замене О!у на 0-А!а происходит дополнительное повышение конформационной энергии, уже достаточно высокой в этих состояниях природной молекулы. Следовательно, исходя из общих соображений набор из девяти низкоэнергетических состояний Ь-пептида может быть сокращен у !О-А!аз)-аналога до четырех (1, П1-Ч!).
Очевидно, что замена остатка О!у на А1а, т.е. Ва конформационно менее лабильный остаток, не может привести к появлению новых низкоэнергетических структурных типов, отсутствующих в наборе предпочтительных конформаций исходноймолекулы. Темно менее анализ модифициро. Нязкоэнергетическне коиформваии сивтетическнк вначогов молекулъг неитндв 8-саа Таблица [Р 24 [[2.А]вЗ]. 1Ч ]уеуееуе ееуеееее ЯеДТее — 14,9 3,6 — 12,5 4,3 1,8 -4,7 26,5 7,4 — 3,8 25,4 0 -4,0 24,8 6,0 -2,8 24,3 Ч Ч[Н вЂ” 19.5 — 17,8 — 170 48 -13,6 6,3 — 22,0 -21,6 Те]всуе ее/еееее [Рго ]- ! Ч -20,6 -14,6 3,3 -22,6 — 12,3 3,2 -16,5 -16,0 5,2 [Ртов]- Пв Нб !Ч 0 -4,6 23.5 0,1 -4,8 23,6 8,0 -2,7 24,9 ег~ееТее ЯеТее/е [Ргог]- -!71 45 — 139 29 -26,4 -18,2 Те2]Гете ееУеееее ! Ч -З,б 24,4 -4,4 24,2 0 8,8 В! 12 В21 К К2! К К, К В,К В,В В2,В В21 !' К„К В,В Н1К" В' В'К' В" В' 11 11 1! Н В Вн В В22 В В22, К НК„КВ„ВВкв Н К К!2В К21В Вм! Н в В„в В„в втм В В Вм К В22В Взм К В В21 К В22В В!21 НКВиВК!2ВВН, НКК„ВВ„ВВгм Н В В„В В„В В12, 0 -3,2 26,3 -22,7 -1 7,3 5,! ванной последовательности был проведен практически независимо Пл з Пля [О-А!а-]-аналога, помимо четырех отобранных конформационных состоя ний Ь-пептида (!, П1 — Ч), были количественно опробованы также десят„„ других структурных вариантов.
Расчет показал, что реальными для [0-А!аз]-аналога являют „ две конформации из предполагавшихся четырех, а именно 1Ч я Ч (табл. 1Ч.24). Значительное повышение энергии структур 1 и П1 вызван наталкиванием метильиой группы 0-А!аз на основную цепь. Снятие этого неблагоприятного контакта сопровождается разрушением многих взаимо. действий, стабилизирующих структуры. В то же время в случаях 1Ч и Ч замена О!уз на 0-А!а' не только не ослабляет ни одного контакта, а даже усиливает некоторые из них. При замене Сз!у4 на 0-Ргоз из наиболее низкоэнергетических конформаций Ь-пептида остаются лишь 1 и Ч; в прин. ципе нельзя исключить структуры Пб и ЧП, но они значительно менее вероятны; абсолютно нереальны Па, П1, 1Ч, Ч1 и Ч1П.
Последуюп!нй расчет показал, что включение Рго в четвертое положение приводит к резкой энергетической дифференциации конформаций. У [Ргоа)-аналога выделяется фактически единственная, низкоэнергетическая структура шейпа/еЯе/е (1), являющаяся глобальной н у природного пептида Ь-сва, В связи с этим такая модификация может быть рекомендована для синтеза и биологического изучения, Столь же определенны и не менее интересны результаты решения обратной задачи для двух других аналогов Ь-пептида — [Рго")- и [Рго~]-.
При замене А!аь на Ргоь запрещаются конформации 1, П1, Ч1 и ЧП1. так как предшествующий остаток находится у них в К-состоянии. Заметно возрастает энергия конформаций 1Ч и Ч из-за фиксации двугранного угла д„при — 60', при включении в цепь Рго в оптимальных структурах Ь-пептида д!ь имеет значения — !05' (1Ч) и -!27' (Ч). Изменение угла <р~ на десятки градусов в случае Ргоь сопровождается увеличением расстояния между заряженными группами Тгр', Азрз, й!пз и, как следствие, ослаблением электростатических взаимодействий (на -5 ккал/моль у )Ч и иа -4 ккал/моль у Ч). Кроме того, вынужденная деформация основной цепи на центральном участке последовательности нарушает согласованность целого ряда стабилизирующих, дисперсионных контактов.
Реальными и равновероятными у [Рго~]-аналога являются лишь две конформации (Па н Пб) одного структурного типа (ее/се/ее), но с разными формами основной цепи. у природной молекулы их абсолютная конформационная энергия существенно отличается (-11,5 ккал/моль у Па и -5,7 ккал/моль у Пб). а У [Ргоь]-аналога совпадает (-!З,О ккал/моль). Суммарный эффект межостаточных взаимодействий в структуре Па остается тем же (повышение стабильности на 1,5 ккал/моль вызвано внутриостаточными, ближними взаимодействиями). Наибольшие изменения произошли со структу рой Пб.
Введение Рго значительно деформировало форму основной цеш' уменьшив тем самым энергию электростатических взаимодействий (-3,5 ккал/моль), нс создавая при этом каких-либо неблагоприятных контактов. Также понизилась на -2,5 ккал/моль энергия дисперсионных взаимодействий за счет образования новых контактов с боковой цепьк' Рго~. В результате сгабильность конформаций Пб сравнялась с Па.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
