Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 45
Текст из файла (страница 45)
В амидах свойства л-электронов кислорода значительно отличаЮтся от таковых в кетонах, о чем свидетельствует батохромное смещение полос (л — к )-переходов в области 200 — 220 нм [1, 51, 55 — 57]. Смещения фщественны и говорят о более прочной связи неподеленных пар электройов атома азота с атомами О в амидах по сравнению с модельными соединениями. УФ-полосы поглощения (л — к')-переходов амндов попадают в Область (п-к )-перехода несопряженной связи С=С. Сдвиг полосы может выть вызван изменением гибридизации атома кислорода в пептидной групПе и принятием им состояния, промежуточного между зр- и зрз, которое йедет к нарушению ортогональности орбиталей л-электронов С=О и воззгикновению взаимодействия между ними, т,е. перегибридизацин.
В ре- 153 зультате неподеленные лары электронов атома кислорода приобретают частично связывающий характер, что и компенсирует в пептидной группе уменьшение к-электронной плотности на связи С=О, способствуя тем самым сохранению ее длины, к-порядка и силовой постоянной. О значи. тельном вкладе неподеленных пар электронов атома кислорода в злект ронную структуру пептндной группы свидетельствуют также те большие изменения в распределении электронной плотности, которые происходят в этой группе прн образовании межмолекулярных водородных связеа, т.е. при вовлечении и-электронов атома О во внептние взаимодействия.
Таким образом, согласно предлагаемой новой модели структурной организации пептидной группы, высокая лабильность ее электронного строения определяется взаимодействиями между неподеленной парой электро. нов атома Х, к-электронами связи С=О н неподеленными парами электронов атома О.
Последние не учитываются в модели Полинга. Электронные структуры сложнозфнрной и цианамидной групп могут быть описаны подобным образом. Глава5 КОНФОРМАЦИИ СВОБОДНЫХ АМИНОКИСЛОТНЫХ ОСТАТКОВ В решении задачи структурной организации белков изучение взаимодействий между валентно-несвязанными атомами в свободных аминокислотных остатках представляет особый интерес. Эти взаимодействия определяют у каждого стандартного остатка его конформационную потенцию, которая при укладке белковой цени в нативную трехмерную структуру реализуется в виде определенного конформационного состояния.
Знание максимальных конформационных возможностей свободного звена полипептидной цепи является исходным в последующем изучении средних я дальних межостаточных взаимодействий, благодаря чему оно составляет основу метода структурного анализа пептидов н белков. Простейшими молекулами, моделирующими конформационные возможности свободных аминокислотных остатков, являются метиламиды 15-ацетил-ст-аминокислот (НзС вЂ” СО)5)Н-С"НК-СОНИ-СНз).
В последующем изложении ради краткости будем называть их по числу остатков монопептидами. Пространственное строение этих молекул прн выбранных значениях длин химических связей и валентных углов определяется двуграннымн углами вращения вокруг связей Х вЂ” Си(д) и С" — С'(у) основной цепи и связей Си-Св, Св-Ст и т.д, (ул-)1з,...) боковой цепи (рис.
11.8). Обычно предполагается, что пептидные группы являются плоскими и находятся в ~ираисконфигурации 1ш = 180'), Первое теоретическое исследование конформацнонных возможностей простейших монопептидов глицина (Р5=Н) н аланина (Р5=СНз) было выполнено в 19бЗ г. РамачандРаном и соавт. 158) Ис- 154 о' 0 -/рр' с н -/ВЮ' и' ///рв — / ----Я ри с. П.8. Расчетная модель метиламидов Р).ацетил-а-аминокислот с плоскими шринсконфигурациями пептндных групп 1ю = 180') в конформации с двугранными углами ф = =фи !80' 1г и с. 1!.9. Разрешенные области двугранных углов ф, ф основной цепи метнламида Х-ацетил- 1 аланина с нормальными (/) и зкстремальными (2) расстояниями между аалентноиесвязанными атомами !581 Обозначения а, Д с и к, обведенные кружками, отвечают значениям углов е, и а-спирали, 8-структурьь юллагсиа и к-спирали соответственно пользуя модель жестких сферических атомов, авторы рассчитали для этих молекул области разрешенных и запрещенных конформационных состояний, однозначно определяемых в данном случае значениями лишь двух переменных — углов гр и )р, Для каждого вида пар валентно-несвязанных атомов использовалось два набора равновесных расстояний — "нормальный" и "экстремальный", в котором сумма контактных радиусов атомов была несколько меньше обычно наблюдаемой.
Если в конформации монойептида все межатомные расстояния оказывались больше нормальных значений, то она считалась полностью разрешенной. Если же хотя бы одно расстояние между атомами попадало в интервал между нормальным в экстремальным значениями нли было меньше предельно допустимого значения, конформация предполагалась частично разрешенной в первом случае и полностью запрещенной во втором. Результаты расчета Метнламида [ч)-ацетил-[.-аланина [581 представлены на рис. П.9.
Как видно из рисунка, большая часть потенциальной поверхности даже при использовании экстремального набора равновесных расстояний между валентноиесвязанными атомами оказывается запрещенной, Интересно, что значения конформационных параметров известных в то время регулярных полипептидных структур попали в разрешенные области свободного монопептида. Из полученных результатов также следовал вывод о большей стабильности правой а-сггирали полипептидов по сравнению с левой а-спиралью. В изучении структурной организации белков и синтетических поли- пептидов работа Рамачандрана и соав.[58[ подобно работам Полинга н Кори [59, 60[ явилась одним из тех первых скатывающихся с горы камней, 155 за которыми следует обвал.
Ценность этого исследования не только в ло. лученных авторами конкретных результатов. Работа Рамачандрана н сот. рудников, пожалуй, впервые так наглядно раскрыла огромные потенцн. альные возможности теоретического конформационного анализа пептидов и продемонстрировала наличие у нпх прямой зависимости между внутри. остаточными и межостаточными взаимодействиями. Эффект оказался осо. бенно убедительным, поскольку он был достигнут крайне простыми сред. ствами. Уже через 2-3 года в печати появляется большая серия работ, воспроизводящих, расширяющих и углубляющих исследование Рамачандрана и сотрудников. П.
Де Сантис и соавт.[61] в 1965 г. рассчитывают регулярные конформации полипептидов, используя для описания взаимодействий валент- но-несвязанных атомов не модель жестких сфер, а потенциальные функции невалентных взаимодействий. Карты <р-у Рамачандрана приобретают контуры эквнпотенциальных сечений н позволяют теперь уже делать количественную сопоставительную оценку потенциальной энергии любого конформационного состояния свободного монопептида или соответствующего звена полипептида.
Д. Брант и П. Флори в том же году с помощью конформационных карт провели статистические расчеты размеров клубков полипептидов и пришли к заключению о необходимости, помимо невалентных взаимодействий, учитывать также электростатические взаимодействия, что они и сделали в диполь-дипольном приближении [62]. В ряде работ Шераги и соавт. [63 — 66] были исследованы спиральные конформации гомополнпептидов природных а-аминокислот с применением как модели жестких сфер, так н потенциальных функций.
Новым в этих работах явился учет с помощью потенциала Липпннкота и Шредера возможности образования пептидных водородных связей, В упомянутых исследованиях основное внимание уделялось спиральным конформациям гомополнпептндов, на которые в то время возлагали большие надежды как на ближайших структурных аналогов белков. Действительно, пространственное строение синтетических полипептидов и белков определяется одними и теми жс видами взаимодействий между валентнонесвязанными атомами и одинаковой природой этих взаимодействий, Химическая регулярность синтетических полипептидов допускает реализацию ограниченного числа периодических структур, которые, как показали рассмотренные исследования, сравнительно легко оцениваются теоретически. Они-то прежде всего и привлекали к себе внимание, поскольку трехмерные структуры белков представлялись в соответствии с концепцией Полинга — Кори набором регулярных вторичных структур.
Автор не стоял на этих позициях и уже тогда был убежден, что гетерогенность аминокислотных последовательностей белков должна вести не только к регулярным, но главным образом к множеству апернодических структур. Наши исследования в данной области, начавшиеся в 1968 г. [20] также под влиянием работы Рамачандрана н соавт. [58], имели иное назначение. Оня были направлены исключительно на изучение конформацнонных возможностей свободных монопептндов н после своего завершения составили содержание первого этапа на пути к решению структурной проблемы белковых молекул. Главные цели этик первых конформацнонных иссле- „ований, объединенных и поляризованных единой сверхзадачей, форму„ировались тогда следующим образом: 1) изучение конформационных воз, ожностей основных и боковых цепей свободных монопептндов всех 20 сгандартных аминокислот, нахождение для каждого из них набора низкзэнергетических оптимальных конформаций и оценка влияния природы растворителя на положение конформационного равновесия; 2) сопоставдение результатов теоретического конформационного анализа монопептидов с данными их экспериментального исследования; 3) соотнесение оптимальных низкоэнергетических конформаций свободных монопептидов с конформационными состояниями аминокислотных остатков в нативных трехмерных структурах белков.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
