Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 50
Текст из файла (страница 50)
[1-2') н в еще большей степени х М и Н [2-4'). В табл. П.15 даны теоретические значения валентных углов пептидной группы, усредненные по всем оптимальным конформациям трех моно- пептидов (О!у, А!а, Ча!). Средние значения практически полностью совпадают с рассчитанными нами валентными углами [ч[-метилацетамида и в то же время несколько отличаются от известных параметров Полинга-Коря [40]. Последние, однако, не являются универсальными для пептидных соединений и, по существу, представляют собой экспериментальные значения, полученные Э. Хьюгэсом и В. Муром для [)-глицнлглицина [103], Более поздний анализ дал иные значения углов.
Например, Дж. Пиментед и О. Мак-Клеллан [101] на основании многочисленных опытных данных получили среднее значение угла [к[С'О в амидах 122', что совпадает с нашим расчетным значением [122,5') и отличается от значения Л. Полинга и Р. Кори (125'). Для всех валснтных углов прн атоме Со Полинг и Кори предлагают значение 109,5'. Эксперимент и наши расчеты противоречат такому предположению. Значения валентных углов при атоме Со следует коррелировать по крайней мере с природой заместителя при Сс В последующих расчетах для длин связей были использованы параметры Полинга-Кори, а для валентных углов пептвдной группы — значения, приведенные в табл. П.15! углы при атоме С" коррелировались с природой заместителя.
Оставался неясным вопрос о зависимости этих углов от природы атомных групп при атоме С~, который и решался конформационным анализом метиламида [ь[-ацетид-Ь-фенилаланина. Результаты расчета феннлаланннового монопептида при вариации втырех переменных сд, ьу, у1, У2 И ДОПОлнитЕльнОй ВарИациИ валЕНтиЫх гдов при С оказались близкими. Различие в энергии оптимальных конформаций в обоих расчетах не превышало 0,3 ккал(моль и не изменяло прядка их расположения в энергетической шкале.
Следовательно, при асчете конформаций пептидов для всех аминокислотных остатков, кроме га!у, Чш, 11е и Рго, валентные углы можно принимать фиксированными прн зивчениях, полученных из экспериментального и конформационного анализов метиламида Х-ацетил-Е;аланина !67!. Метилвмид Х-вцетил-Е-глутвмиззовой кислоты. Конформационные возможности рассмотренных до сих пор молекул определялись главным обра- Н О 1, 1,,!1, С' О'~ Н Х Оа, Х. Н О Н Р и с.
П.22. Модель молекулы метиламида Н-ацетил-1 глугаминоной кислоты и конформации В Чг= 180',в=180' Пвюиение, отвечающее Хз = 0', показано на проекцн» Ньюмена зом дисперсионными взаимодействиями атомов и отчасти водородными связями. Углеводородные боковые цепи этих молекул не содержали значительных зарядов на атомах, и вклад электростатических взаимодействий в их структурную организацию был невелик, точнее, он определялся лишь контактами между пептидными группами, был всегда одним и тем же и нс атражал специфики аминокислотного остатка. Примером монопептида, ковая цепь которого несет целочисленный заряд, является метиламид Х- тил-Е;глутаминовой кислоты !рис.!1.22).
В конформационном анализе вйзлекулы !!04! боковая цепь О!ц предполагалась ионизированной с 8врядами на атомах кислорода карбоксила, равными -0,62 эл. ед, Для йпэлектрической проницаемости а принята величина 10, которая дает 8!виболее удовлетворительную оценку электростатической составляющей йпиформационной энергии пептидов в водной среде [99]. Значение энергии Водородной связи между Х-Н и карбоксилом боковой цепи б!и оценено в ,ви9 ккал!моль. Пространственное строение монопептида Ас-Е.-Ип — ХНМе описывается .литью углами вращения ср, ьу, 2 о )!2 и уз. Поиск нулевых структурных Вариантов для минимизации энергии проводился аналогично Ас-Е.-Р!ге— ФНМе, т.е.
путем построения сечений потенциальной поверхности ср-з!г при йначениях углов боковой цепи, отвечающих минимумам торсионных 8!1зтенциалов. Вращение вокруг связи С"-С считалось свободным и сече- 5 йия строились прн )!з = 90 . В дальнейшем значение этого угла уточнялось !ту Толпили П 1б Геометрические параметры (град) н относительные аелнчины общей энергии (()ы ), энергии аан-дер-ааальсоаых (81,ж) и электростатических (Пм) азанмодейсгннй между бакоаой н оспинкой цепнмн а оптимальных коиформацннх метиламнда г)-ацетил-У глутаминоаой кислоты Энергия ккал/моль Конфармзцил Форма основной цепи Х Хз Х! см„ио и „, -59 -60 -57 — 57 — 59 -60 -41 -35 — 10 -58 -60 -65 -167 130 178 62 65 61 -100 -100 †1 †1 -98 -100 -160 -81 -36 140 -60 160 -61 143 -57 130 — 170 138 -179 141 180 154 62 156 64 — 99 -100 -105 -125 — 10) -100 -150 -98 60 -60 60 -60 77 -69 94 -176 83 -176 64 †1 60 60 57 43 53 48 для всех наиболее вероятных наборов углов ф, зр, у1, )(2 На основе сечений была получена обобщенная конформационная карта гр-(р, которая, как и карта фенилаланинового монопептида, оказалась близкой карте ф-гу метиламида (х(-ацетнл-(.-аланина, построенной применительно к условиям водного окружения.
На потенциальных поверхностях трех монопептидов (А!а, РЬе, С!ц) отсутствовали минимумы, отвечающие свернутым формам основной цепи с внутримолекулярными водородными связями (Н и М). Наиболее вероятные значения углов вращения вокруг связей Со-СО н СО-Ст выяснены из сечений )(! —,"(2 при фиксации углов гр, ср в областях гс, В и 1.. Для Ас-(.-сл!п-ХНМе приемлемыми оказались все комбинации значений )(1,,"(2, отвечающие минимумам торсионных потенциалов, за исключением у! = ут = бО'.
Сечения гр-)р, у)-у2 и (3 позволили составить представление об ориентировочных значениях геометрических параметров всех возможных оптимальных конформаций молекулы Ас-(.-О!ц-ЖНМе Онн были уточнены минимизацией энергии прн вариации углов вра!ценна ф, )р, т1, 72 и 7(3. Полученные результаты приведены в табл. 11.1б Среда 178 -63 93 0 180 90 0,7 70 65 0 -65 113 0,4 179 89 0,8 62 92 0,4 -60 100 -2,6 180 84 1,7 69 60 2,8 -61 90 0,2 -179 90 0,9 64 51 0,6 -69 118 09 180 88 0,4 57 92 0,3 -67 112 1,2 179 86 1,5 -60 90 1,4 180 91 1,7 66 90 1,8 — 90 110 32 173 88 1,9 68 72 2 ! 13 (д 04 1,0 0 0 1,7 2,6 О,б 1,4 1,7 2,0 — 1,1 1,0 0,4 2,1 1,1 4,6 1,1 0,7 0,9 1,1 0,8 1,0 1,3 1,5 1,2 1) 0,6 -0,4 1,1 1,8 0,9 1,9 О,З 2,2 1,5 3,5 О,б 2,5 3,0 8,1 1,8 4,3 0,8 3,6 нформаций типа К самая выгодная имеет углы уз — — — 65', )1з — — 70' и -65', при которых один из атомов кислорода карбоксильной группы называется сближенным со связью Х вЂ” Н первой по цепи пептидной уппы.
Возможность образования водородной связи расширяет диапазон значений уз, однако при этом не создается новой, более выгодной конформации. Формы монопептида с ~~ — 60' в области К менее реальны, чем е„— -60 и 180' из-за сильных невалентных отталкиваний В узком сХ~ д иапазоне значений угла у (от — 140 до — 160') возможно образование водородной связи при у, — 60, уз — -60 и уз — 100' (конформации с //,в,„= -1,0 ккал/моль). Тем не менее зто обстоятельство не ставит под сомнение вывод о малой предпочтительности форм К с )1~ — 60'.
В области В самой низкой энергией (//„в = — 0,4 ккал/моль) обладает конформация, в которой может реализоваться водородная связь между кислородом кярбоксильной группы и водородом Х-Н группы второй по ходу цепи пептидной группы. Минимизация конформационной энергии без учета этой <яязи приводит практически к той же геометрии оптимальной конформации с относительной энергией 1/„ы„= 0,4 ккал/моль.
Следовательно, водородная связь не опредсляет данный локальный минимум, а только понижает энергию прн выбранной нами параметризации на 0,8 ккал/моль. В области Ь реальны конформации с ул — -60'. Высокие значения //„~„„ форм Ь (см. табл. 11.16) обусловлены невалентными взаимодействиями и торсионным вкладом. Из полученных данных об энергетике конформационных состояний иетиламида Х-ацетил-У.-глутаминовой кислоты прежде всего следует отметить значительную стабильность форм К. Правда, по энергии электростатических взаимодействий в основной цепи все формы В по сравнению с Кимеют преимущество в -0,6 ккал/моль.
Однако эта разница очень мала, я, кроме того, невалентные взаимодействия между основной и боковой дрими во многих конформациях области К перекрывают его и выводят форму К основной цепи на первое место. В а-спиральной структуре пептидов дальние и ближние электростатические взаимодействия имио компенсируют друг друга, и поэтому преимущество формы К у яйтатка Сз!п становится более значительным. Вероятность существования онформации Ь и способность образовывать левую а-спираль малы ствие высокой энергии и низкой конформационной энтропии боковой обным образом нами были изучены конформационные возможно- нопептидов всех стандартных аминокислот, образующих белковые В каждом случае получена количественная оценка общей энергии и и отдельных составляющих ближних взаимодействий.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
