Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 154
Текст из файла (страница 154)
В этом случае полифункциональность гормона объясняется уже не спецификой гормон-рецепторных взаимодействий, а осо- ббб бенностями систем, принимающих посылаемый сигнал. Естественно допустить возможность существования механизмов, отвечающих обеим трактовкам гормон-рецепторных взаимодействий. Большое количество полученных в последние годы экспериментальных данных свидетельствует в пользу гетерогенности рецепторов АТ 11, и в дальнейшем изложении будем исходить именно из этого предположения 1379-382]. Полифункциональность АТ П н гетерогенность его рецепторов можно связать с молекулярной структурной организацией гормона, изученной теоретически.
Его предрасположенность к реализации ряда функций проявляется в существовании в нативных условиях нескольких близких по энергии и легко переходящих друг в друга пространственных форм. Высокая эффективность и строгая избирательность взаимодействий АТ 11 с различными рецепторами связаны с тем, что каждая его функция реализуется посредством актуальной только для данного рецептора конформации из состава самых предпочтительных структур свободной молекулы. Таким образом. поиск структурно-функциональной организации АТ 11 сводится к выяснению для каждой биологической активности пептида актуальной конформации.
Для решения задачи в условиях отсутствия необходимых данных о потенциальных поверхностях мест связывания требуется использование дополнительной информации. В качестве такой информации, как правило, привлекаются данные по биологической активности синтетических аналогов природных пептидов. Однако при формяровании серии аналогов без предварительного изучения конформационных возможностей как природного пептида, так и его искусственных аналогов в ходе исследования по существу случайным образом ищется прямая зависимость между отдельными остатками аминокислотной последовательности гормона и его функциями. Поскольку стимулированные гормоном аллостерические эффекты возникают в результате не точечных, а множественных контактов между комплементарными друг другу потенциальными поверхностями лиганда и рецептора (иначе отсутствовала бы избирательность гормональных действий), нарушение функции при замене даже одного остатка может быть следствием ряда причин.
К ним относятся исчезновение нужной функциональной группы, потеря необходимых динамических свойств актуальной конформации, запрещение последней из-за возникающих при замене остатков стерических напряжений, смещение конформационного равновесия из-за изменившихся условий взаимодействия с окружением и т.д.
Следовательно, случайная замена отдельных остатков не приводит к решению задачи структурно-функциональной организации гормонов. Об этом свидетельствует отсутствие в течение нескольких десятков лет заметного прогресса в ведущихся с привлечением множества синтетических аналогов исследованиях зависимости между структурой и функцией АТ П, энкефалинов н зндорфннов, брадикининпотенцирующих пептидов, а также ряда других.
Отсюда следует неизбежный вывод о необходимости привлечения к изучению структурно-функциональных отношений у пептидных гормонов специального подхода, который позволил бы отойти от метода проб и ошибок я при поиске синтетических аналогов делать сознательный выбор для их синтеза н биологических испытаний. бб7 Рассмотрим в этой связи работу Г.В. Никифоровича и соавт. [383) которой предпринята попытка идентифицировать биологически актявн, ° в вные конформационные состояния АТ П, используя наряду с опытными даню„, результаты теоретического анализа, Предполагаются известными конф мационные возможности молекул гормона и двух видов его аналогов 4 | Ап ..., А„, имеющих высокое сродство к определенному рецептору, и 8 | Вз, ..., В„, являющихся неактивными.
Авторы полагают, что конфор. мации, присутствующие в наборах низкоэнергетических состояний гарме„ и анапогов А|, Аз, ..., А„и отсутствующие в наборах аналогов Вп 8 В„, относятся к биологически активным структурам АТ 11. При реализации такого подхода были использованы три синтетических аналога, имеющих высокое сродство, и один аналог, не обладающий сродством к рецептору гладкомышечной ткани крысы.
Расчет, однако, показал, что среди наи денных конформаций АТ 11 и трех его активных аналогов нет структур которые хотя бы фрагментарно совпадали между собой. Отсутствие совпадения свидетельствовало лишь о некорректности анализа АТ11, о чем уже писалось в гл. 14. Однако авторы работы [383), не ставя под сомнение результаты своих расчетов, сделали, с моей точки зрения, неверный шаг, Они отказались от принципа комплементарности потенциальных поверхностей гормона и рецептора и посчитали, что для образования продуктивного комплекса достаточно точечного соответствия.
Для отбора конформаций были учтены всего два расстояния, причем с вариациями в широких интервалах между атомом СД остатка Ча!з и атомами С" остатков Нив(4,2-6,2 А) и Ргот(6,7 — 8,2 А). Выбранный критерий крайне неэффективен, так как ему могут удовлетворять десятки совершенно различных структур АТ!1, различающихся как формой основной цепи, так и ориентациями боковых цепей. В указанные интервалы межатомных расстояний попадает, в частности, одна из наиболее предпочтительных конформаций рассчитанного Т.В Гогитидзе и автором данной монографии [384] н обсуждаемого ниже [Рго|)- АТ 11 — аналога, сродство которого к рецепторам гладкомышечной ткани составляет всего 0,7% сродства природного пептида.
Но дело не только в выборе более надежного критерия отбора конформации. Задача осталась бы нерешенной даже и в том случае, если бы была обнаружена общность в наборах низкоэнергетических конформационных состояний АТ 11 и е|о активных синтетических аналогов, что непременно должно было бы наблюдаться при правильном решении прямой структурной задачи Привлечение теоретического конформационного анализа в отсутствие информации о рецепторах и при случайном выборе аналогов ие ре.
шает задачу структурно-функциональной организации природного пеп. тида. С учетом полифункциональности АТ П и гетерогенности его рецепторо~ связи между нязкоэнергетическими конформациями и функциями гормона могут быть установлены с помощью небольшой серии синтетических а" а логов в том случае, если каждое соединение этой серии будет принима~~ только одно состояние из набора предпочтительных конформаций природ ного пептида. Тогда все аналоги будут иметь возможность реализовать только по одной гормональной функции илн, точнее, воспроизводить ша действие гормона только с одним рецептором, При монофункциональти каждого аналога лишь их совокупность сможет передать весь ктр биологических активностей природного пептида. По сравнению с мой структурной задачей )априорным расчетом конформаций по сгной аминокислотной последовательности) возникающая здесь задача ивоположна по своей постановке.
Она заключается в теоретическом делении химической модификации аминокислотной последователь- и гормона, необходимой для выделения актуальной для соответствуюй функции природного пептида конформации и запрещения других. ~ми словами, речь идет о целенаправленном конструировании химичеого строения синтетических аналогов, каждый из которых заведопринимает пространственное строение, необходимое для реализаи определенной функции при сохранении потенциально активных атков.
Рассмотрим результаты решения обратной структурной задачи для Б. В табл. 1Ч.26 сопоставлены величины относительной энергии взаидействий валентно-несвязанных атомов в предпочтительных низкоэнерческих конформациях самого гормона и его природных и синтееских аналогов.
Напомним, что главные цели данного исследования ючались в апробации концепции гетерогенности ангиотензиновых цепторов )378, 385] н идентификации на основе предложенного в работе 7) подхода конформаций гормона, ответственных за определенные нкции. И в том, и в другом случае действия были ограничены имеюся экспериментальным материалом. Поэтому при формировании серии алогов нельзя было быть в полной мере последовательным в соблюдеодного важного правила методологии аминокислотных замен: прежде го производить такие модификации аминокислотной последователь- и, которые влияли бы на конформационные возможности пептидной лекулы, но не затрагивали ее химически активных функциональных упп.
Замену последних целесообразно проводить на втором этапе исдования, когда уже известны биологически активные конформации рмона и встает вопрос о роли боковых цепей аминокислотных остатков и ханизме взаимодействия с рецептором. Исходными в решении обратной задачи являются, с одной стороны, инокислотная последовательность гормона н, следовательно, его нформационные возможности, а с другой — спектр биологического йствия гормона и количественные оценки активности каждой функции. еле определения минимально необходимого набора синтетических алогов для каждого из них также обязательны столь же исчервающие биологические испытания.
В работе )384) авторы опирались на еющийся в литературе экспериментальный материал. Хотя для АТ 11 он иболее обширен, тем не менее и здесь ощущается недостаток опытных ктов, касающихся биологических испытаний синтетических аналогов. ледние, как правило, протестированы лишь по одной функции, а этому остаются неизвестными очень важные полные спектры их ологических активностей. Наличие таких данных позволило бы знаельно расширить результаты исследования и углубить их понимае, 569 ГеОеике Л'26 Относительнаязнергия пнзкознергепгческахкоафорнаяна природныхаагиотензнноа (АТ 1-АТ Н) я синтетических аналогоо АТ 1! 7,4 0,8 2,6 Уе О 7,9 ~2,8 // /е/ е 1,2 5,1 — ее 3,7 2,5 4,4 2,6 /е — /ее ее /у /е-ее /е-/(/-е/ 9,5 — 5,8 5,3 5,4 2,7 9,0 / -еее-ее /е-е/)-е/ 4,0 7,6 5.1 Решение обратной структурной задачи для АТ П строится на основе известного из работы (378) набора предпочтительных по энергии конформаций природной молекулы.
Расчет показал, что структурная организация октапептидного гормона может быть представлена ограниченным числом ннзкоэнергетическнх и легко переходящих друг в друга конформаций, которые в зависимости от геометрии центрального тетрапептидного фрагмента Ча)3 — Н!86 распадаются на две группы (см. табл. )Ч.2б). В одной из ннх (А) основная цепь тетрапептидного участка имеет структуру типа /е/. а в другой (В) — типа/ее В каждой группе конформации отличаются друг от друга состояниями Х- и С-концевых дипептидов и в свою очередь мог)"г быть разделены на структуры со свободной боковой цепью остатка Ахр, или Агй.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
