Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 153
Текст из файла (страница 153)
При введении Ргоз вместо Ьегз образуется такая последовательность у торой из всего набора в принципе вероятных для нее пространственных рм (1, П1-Ч) низкой энергией обладает лишь одно конформационное сояние (1) шейла /еД/е/е, Сопоставление его геометрических параметров с ьараметрами этого же состояния молекулы природного Ь-пептида убеди]нльно свидетельствует о стерической комплементарности замены Бег~ на [тот (как и замены О!у4 на Ргоч). В то же время включение Рго в струк)туры 111 — Ч неизбежно сопровождается большим изменением угла дт [с -1!4' (111), -!58' (1Ч) и -138'(Ч) до-бО'), в результате чего геометрия йтих структур значительно отклоняется от соответствующих оптимальных форм Ь-пептида и разрушается вся система стабилизирующих дисяерсионных и электростатических взаимодействий.
В случае конформации [1) этого не происходит. Более того, у [Рго']-аналога такая структура на а5,5 ккал/моль более стабильна, чем у Ь-пептида. Детерминация той же атруктуры с практически совпадающими значениями всех двугранных [тлов имеет место, как отмечалось, и у другого аналога Ь-пептида — [Ргоа]- , При изучении биологических свойств гормона обе модификации ([Ргоа]- и [Рго']-) могут предсгавить большой самостоятельный интерес. Первый 'аналог, сохраняющий все функциональные группы природной молекулы, Нолезен для идентификации и исследования той биологической активности 6-пептида, за когорую ответственна конформацня (!). Привлечение второго аналога поможет выяснить роль боковой цепи Ьег" и реализации этой активности.
Кроме того, структуры (1), одинаковые у Ь-пептида, [Рго']- и [Рют]-аналогов по геометрии оптимальных форм, отличаются по своим диНамическим конформационным свойствам (особенно [Ргох]-), поскольку име[ет разную абсолютную энергию внутримолекулярной стабилизации (соответственно — ! 2,5; — 13,4 и -17,2 ккал/моль). До сих пор при решении обратной структурной задачи были испольЗованы такие аминокислотные замены, воздействие которых на конформа[]ионные возможности молекулы легко поддавалось априорной оценке, во всяком случае на уровне формы основной цепи и шейла. Строгий количественный анализ требовался лишь для определения порядка расположеНия конформационных состояний по величинам энергии в узком ряду отобранных вариантов.
Поскольку стандартные аминокислотные остатки, Кроме б!у и Рго, имеют сходные конформационные карты ~р — д! с разреНзенными областями В, В и 1., то все замены, не касающиеся указанных двух остатков, не ведут к априорному исключению каких-либо форм и йзейпов пептидного скелета. Влияние таких замен на конформационные возможности зависит не столько ог ближних, сколько от средних и дальних взаимодействий, т.е.
от сложной системы внутримолекулярных контактов, определяемой не отдельными остатками, а всей последовательностью. Поскольку в каждом случае ситуация уникальна. то выявить последствия замен даже в отношении форм и шейпов пока можно только расчетным путем. При этом целесообразно руководствоваться следующими соображениями. Включение остатка с более обьемной боковой цепью, например замена А!а на Ча[, всегда вызывает стерические ограничения н приводит к смещению положения конформационного равновесия, характерного для соответствующего природного пептида.
Его низкоэнергети- ческие конформации могут служить для модифицированной последова. тельности набором исходных для минимизации структурных вариантов Следующим объектом рассмотрения будет аналог Ь-пептида, в котором остатки А!аз и О1уа замещены на Ча!з и Ча!" (табл. 1Ч.25). Можно было ожидать, что включение в последовательность сразу двух остатков с объемными и негибкими боковыми цепями существенно изменит энергетическое распределение конформаций природного нонапептнда. Однако до расчета трудно было предположить, что глобальной структурой модифици. рованной последовательности станет конформация (Ч1П), имеющая а выделенном для Ь-пептида ряду самую высокую энергию. Оказалось, что оба остатка Ча! хороню вписываются только в структуру Ч1П, не изменяя ее геометрию и не разрушая сложившуюся систему взаимодействий.
Напротив, стабильность этой структуры у [Ча!да]-аналога возрастает по сравнению с Ь-пептидом на 8 ккал/моль. Включение же остатков Ча1 в самые лучшие конформации гормона 1, Па, П1, 1Ч дестабилизирует их Например, в случае (1) конформационная энергия повышается на 3,5 ккал/моль.
Модификация Ь-пептидной последовательности — замена Азр' на Азп'— самая незначительная в стерическом отношении, но весьма существенная в электронном. Она делает реальными для [Азиз]-аналога структуры лишь одного типа — ее/ее/ее, среди которых доминирует конформация Па. Как показывает расчет, в этом случае изменения касаются только двух межостаточных взаимодействий, а именно контактов Азиз с О!и" и с Тгр'.
Отсутствие отрицательного заряда у остатка в пятом положении, являющегося центральным в структуре Па, снимает электростатическое отталкивание между остатками первой пары (с +6,8 ккал/моль у Ь-пептида до +0,2 у [Азпз]-аналога). Одновременно, правда, пропадает стабилизирующее полярное взаимодействие между остатками второй пары, которое, однако, у Ь-пептида в конформации Па значительно менее эффективно (-3,0 ккал/моль). Из сопоставления соответствующих данных табл. 1Ч 23 и 1Ч.25 можно видеть,что понижение конформационной энергии Па с -11,5 ккал/моль у Ь-пептида до -!7,5 ккал/моль у [Азиз]-Ь-пептида обусловлено главным образом электростатической стабилизацией Подобный эффект имеет место и в конформации (1), хотя выигрыш здесь составляет только -2,4 ккал/моль. Кроме того, в конформации (1) боковая цепь Азиз не может быть ориентирована так же, ка» Азрз в молекуле природного гормона. Вынужденное изменение угла )(, с -60 до -! 80' сопровождается ослаблением дисперсионных взаимодействий Азп' с А!аз и О!уз по сравнению с Азра приблизительно на 3,0 ккал/моль.
Если у Ь- пептида абсолютная энергия конформации (1) равна — 12,6 ккал/моль, то у его [Аапз]-аналога она составляет -10,8 ккал/моль. [Азиз]-аналог и рассмотренный до него [Ргоа]-аналог могут быть рекомендованы для изучения биологической активности природного соединения, за которую ответственна конформация шейна ее/ее/ее, т.е, для изучения иной части спектра биологического действия гормона, чем при использовании [/)-А!аз]-, [Ргоя]- и [Ргот]-аналогов.
Молекула [Ргоь]-аналога имеет практически в чистом виде структуру типа ее/ее/ее при сохранении всех химически активных групп природного нонапептида. У молекулы Ннзкозисргетнческие коиформалвн синтетические аналогов молекулы иеитнда 8-сиа Раблвиа!Р25 [Ча12 8]. -11.7 4.5 — 28,2 Ч!П 77Щее еезеезее -27,4 Иа Пб -25,4 -23,4 1 Ч1 ЧИ щусев Уеуу!7ее яеееуее -28,6 -22,6 [Азпз[- — 23,5 -23,1 — 24,6 — 21,6 -16.7 -20,9 Иа еезеезее Иб Ч! уез[лее 1 зе777езе Ч ееуеееее е ее К! Кзвзвевз КьРз Взвз ВззВ В 1 Вз! К Вм В Взз! В„В К В ВВКВ„ВВзз, К„К Н К КИВК„В Вкм Кз!В В Н Кмк ВззВ Вм! Кз!К В В Вмк ВНВ Взз! В„в В 1.
В„К В„В Вз„ Вз!В К В Взз К ВззВ Взм В,В В Н К,К В В В к„к н к к,в к,вв „ Вз!К Н В В!!В Вз В В!з! Кз!К Н К КнК ВВВ Вум 0 — 3,4 25,5 2,5 -4,2 24,9 5,4 -4,3 25,0 4,2 -25 25,9 4,2 -3,8 25,5 5,5 -3,2 25,3 0 -4,4 22,3 2,3 -4,6 22,3 6,5 -3,8 23,0 6,7 — 2,8 23,6 6,7 -4,9 22,1 7 5 — 3,5 22,7 — 8,4 4,2 -6,8 3,6 -16,! 7,0 -9,5 7,3 -12,7 5,5 — 15,8 3.9 -13,4 3,6 — 10,3 4,7 — 15,5 5,5 -!57 43 — 126 43 (Азпз)-6-пептида реализуется точно та же структура (различия в углах р д, ш и )( не превышают в конформациях (Па) трех соединений нескольких гРадУсов), но пРи отсУтствии одной заРЯженной гРУппы, игРаюЩей, быг,, может, важную роль в биологическом действии.
Результаты расчета, од. пако, предупреждают об опасности поспешных выводов на этот счет, н„ позволяют корректно сформулировать задачу физиологического иссле. дования. Модификация с заменой Аэрз на Азп~, действительно, может помочь оценить влияние отрицательно заряженного остатка в пятом положении, но не вообще на физиологическую активность Ь-пептнда (та. кая постановка вопроса в свете нашего рассмотрения не имеет смысла), а лишь на то конкретное гормональное действие, для которого актуальна конформация (Па).
Полезные в этом плане сведения будут получены, естественно, только при использовании (Азп~)-аналога для изучения именно данной активности. 19.4. АНАЛОГИ АНГИОТЕНЗИНА П В гл. 9 были рассмотрены результаты теоретического анализа ангнотензина П (АТ П), Азр'-Агапэ-Ча1з-Туг4-Ча!з-Н)зь — Ргоз-Р)зе" [378). Исследование конформационных возможностей октапептидного гормона позволило установить его структурную организацию и тем самым определить набор низкоэнергстических пространственных форм, потенциально являющихся биологически активными. Следующая задача заключается в выявлении в найденном наборе оптимальных конформаций структур АТ П, актуальных для реализации гормональной активности, и определении конкретных связей между ними и функциями, Это тема следующего, четвертого, тома издания "Проблема белка". Здесь же на примере главным образом АТ П только отметим некоторыс причины, сдерживающие установление принципов структурно-функциональной организации гормонов, а также покажем, что достижение цели немыслимо без решения обратной структурной задачи.
Ангиотензин П вЂ” основной действующий элемент ренин-ангиотензиновой системы, регулирующий водно-солевой обмен в организме млекопитающих. Общий эффект, производимый пептидом широкого спектра действия в организме, складывается нз суммы разнообразных откликов. характер которых зависит от органов и тканей, на которые действует гормон. Имеющийся экспериментальный материал свидетельствует о том. что АТ П, как и большинство других гормонов, полифункционален.
Малая изученность рецепторов пептидных гормонов, являющихся, как правило, интегральными мембранными белками, оставляет нерешенным вопрос о причине полифункциональности пептидных гормонов. Согласно одной точке зрения способность гормона стимулировать различные процессы в разных частях организма объясняется наличием нескольких специфических для данного гормона рецепторных белков, согласно другой — каждый гормон образовывает комплекс только с одним специфическим рецептором и. следовательно, вызывает всегда одно и то же аллостернческое изменение его конформации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
