Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 51
Текст из файла (страница 51)
Для всех ептидов рассчитаны геометрические параметры оптимальных форм, чены наборы наиболее предпочтительных по ближним взаимодейстонформационных состояний и выяснена их устойчивость к природе рителя. Результаты теоретического и экспериментального изучения анствснного строения молекул свободных монопсптидов приведены ством соответствующих идентификаторов в табл. 11 17. Теперь приступить к рассмотрению самого интригующего вопроса началь- Увб «!а 0 О Уннвероозьные наборы конформвцнонных состояний стандартных аминокисчотны» остатков "1 ело кон.
фар ьглзнон. К!! Км К!з К21 К22 К23 Кэ1* Кзз Кзз В„, Впн В„ В21, Вар Взз В31 ВЭ2' ВЗЗ ! 22 !'23 ! 33 К1, Нз, Кз ВнВ,В 1! !2 )3 К,,К,.К, в„в„в 1, !.7. Е! К11 К!3 К21 Кзз Вп,В ОВ„ !.1! 1-73 1-и К„, К„, К„ К23 К3! К32 В!! В!з Вз! В„,В„,В„ ь1 .
(тз. ьзз ! зз См. табл, П.16 К1н Км, К,з К21 К72 К23 К31 Н37 Кэз Вп, В„.В„ В71, Вгг Взз Вз! Взз Взз (тз 1.2з 1-зз См. Рис. В.10ж См, рис.!!.10,6 См. рис. Рб)! См, табл. 1!.14 Сбу А)а Рю РЬе Тгр НВ Ча) 4 3 2 12 24 24 8 20 !О 01и С(п 20 180 К» Н2 К3 Бег 9 В1, 82. Вз !2 (3 8 Пе К11, К12, К!» 'Пзг Кз! К72 К7э Кж Кзз В„, Вги В„ Азр Вм, Вм, Взз Вм, Взг. Вэз (27 1-зз. 1-зг (ен К!»К!г К!з 22 Аю 66 Кг! Кж Кзз К31 К32 К33 В !1, В !2, В !3 Вз1* Ви Взэ 1-22 1-зз 1-32 20 !.зэ 38 Мм К!!' К!2 К13 К21' К22 К73 Кз! Кзз Нзз В,,В,,В, Вм, Взг Взз Вз1, Взз, Взз (оз 1.2з. 1-зз 1 Конформационное состояние остатка определено идентификатором Хб ..., где Х ха рактеризует форму основной цепи остатка (К, В, 1.), а 1)),...
= 11..„12..., 13..., 21.- в т.д. отвечают положениям боковой цепи (Хьдз...); индекс "1" соответствует углу 23 интервале От !20',"2" — 120 ь -120' и "В" — !20 0'. 2 Как у РЬе; угол Хз, (С(-О) может принимать любые значения. 'з Как у РЬе, угол Хз при каждом значении угла Х! имеет два значения (90, -90'), вырожденных у РЬе. Угол уз (Са — Я) может принимать любое из трех значений: 60, 180, -60'. 5 Угол уз (С -От) может принимать любые значения. б Угол Хз имеет значение 90 и -90' В остальных случаях углы Хз и 27 могут принимать любые из трех значений: 60, 180 н -60'. зго этапа структурных исследований белков. Какое отношение имеет 'йзучение конформационных возможностей свободных монопептидов к труктурной организации белковых молекул и что могут дать полученные аэш результаты теоретического конформационного анализа стандартных минокислотных остатков при решении этой задачи? 5,4.
АМИНОКИСЛОТНЫЕ ОСТАТКИ В СВОБОДНОМ СОСТОЯНИИ И БЕЛКАХ Ответ на поставленный вопрос требует сравнения ставших теперь известными оптимальных конформаций метнламидов Х-ацетил-а-аминокислот с конформацнонными состояниями аминокислотных остатков в дативных трехмерных структурах белков. Первые определяются лишь ближними взаимодействиями, а вторые — суммарным эффектом ближних, средних и дальних взаимодействий. Сопоставление должно выявить меру воздействия ближних взаимодействий на реализующиеся в белках конформационные состояния и оценить роль этих взаимодействий в структурной организации макромолекул.
В соответствии с одним из принципов постулированной в главе 2 теории (14, 105-107], утверждающим наличие согласованности всех видов внутрнмолекулярных невалентных взаимодействий, наблюдаемые в трехмерных структурах белков конформационные состояния остатков должны входить в набор ннзкоэнергетических оптимальных форм метиламидов Х-ацетнл-а-аминокислот. Только в этом случае представится принципиальная возможность сделать следующий шаг в сторону решения на основе рассматриваемого подхода проблемы структурной организации белков. Целесообразно рассмотреть в отдельности геометрию основных и боковых цепей аминокислотных остатков [108, 109]. Основные цепи.
По характеру влияния формы боковой цепи (К) .иа конформационную свободу основной цепи монопептидного участка (-СОХН-С НК-СОХН вЂ” ) 20 стандартных амннокислотных остатков можно разделить на четыре стереохимнческнх типа: О!у, А!а, Ча! и Рго. Первый и последний типы представлены только остатками О!у и Рго, третий — Ча! ,а Ве. Все остальные 16 остатков составляют тип А1а. Это означает, что ]зх основные цепи имеют близкую конформационную свободу, совпадаю,п(ую со свободой изолированного остатка А!а (см. рнс. 11.10,6 и 11.13). Гораздо сильнее отличаются потенциальные поверхности О!у и Рго; различия между поверхностями остатков типа А1а и Ча! сравнительно невелики, ,И в последующем изложении эти 18 остатков будут рассматриваться вместе. На рис. П.23 предсгавлена конформацнонная карта <р-з]г метиламида г(-ацетил-(.-аланина с нанесенными на нее конформационными точками (чь ж) всех остатков (за исключением 01у и Рго) миоглобина, изученного методом рентгеноструктурного анализа с разуешеннем 1,5 А, а-химотрип- 4!ина (2,0 А), белка хрусталика глаза (1,9 А), лизоцима (1,5 А), нейро.Фоксина 11(1,8 А), рубредокснна (1,2 А), панкреатического трипсинового )внгибитора (1,5 А) и ферроцнтохрома с (2,0 А).
Всего на карту нанесено )ь900 конформационных точек. Белки выбраны произвольно, требовалось уво' о -уво ува -(во' (во' -)во' -(во' (во -(во' Р и с. 1!23. Конформационная карта метиламида г(-ацетил-).-аланина н конформационные точки аминокислотных остаткаа (за исключением 61у) а трехмерных структурах миоглобнна (а), а химотринсина Ю, белка хрусталика глаза [и), лизоцима (г). нейротоксина 11 (точки) и рубредоксина (крестики) (г)), нанкреатического трилсиноаого ингибитора (точки) и фер- роцитохрома с (кресзики) (е) 182 ь о' и' ь Э о ав' й (с"-(() ~шь, чтобы их кристаллические структуры были расшифрованы с хо~шим разрешением. Конформационные карты метиламида Х-ацетнл-Ь- панина, приведенные на рнс.
П.13 и П.23, несколько отличаются между обой, Карта на рис. П.23 построена с учетом только невалентных н орсионных взаимодействий, так как водородные связи Х-Н...О/ С типа 3 + 1 у монопептидов в водной среде слабы и практически не влияют на характер потенциальной поверхности; то же можно сказать и об электростатических взаимодействиях атомов основной цепи в условиях полярного окружения. Более существенным оказалось то обстоятельство, что контуры конформационной карты (см. рис. П.23) были получены при минимизации энергии по валентным углам. Это мало сказалось на эквипотенциальном сечении 1 ккал, однако привело к заметному смягчению потенциальной поверхности в области 2 ккал и особенно значительному в областях с большей энергией.
Точки, соответствующие остаткам типа А!а и Чаь занимают на карте аланинового монопептида главным образом визкоэнергетнческие области В и В; незначительное число точек (30) расположено в области 1., и они отсутствуют (за одним исключением) в областях Н и М. Подавляющее большинство конформационных состояний остатков в белках попадают в области, окаймленные контуром в 1 ккал, а все остатки — в области, окаймленные контуром в 2 ккал. Если не считать точек в перешейке, соединяющем области В и В, о причине появления которых будет сказано ниже, то за пределами 1 ккал оказываются у миоглобина 2 точки,а-химотрипсина — 5, лизоцима — 8, нейротоксина П-2, рубредоксина и трнпсинового ннгнбитора — 0 и тд.
Остатки Ча! и 1!е в соответствии с их более узкими, чем у остатков типа А!а, низкоэнергетическими областями потенциальной поверхности обнаруживают меньший разброс конформационных точек. В восьми рассмотренных белках около 90% всех остатков типа А!а и Ча! имеют энергию ближних взаимодействий валентно-несвязанных атомов < 1 ккал/моль и около 2% < 2 ккал/моль.
Приблизительно 8% конформационных точек сосредоточено на картах в районе потенциального барьера (-1,5 ккал/моль), разделяющего области В и В. Аналогичная ситуация в распределении конформационных точек на соответствующих картах монопептидов у остатков О!у и Рго. Как видно из рис. П.24,а, точки О!у тех же восьми белков разбросаны по всей карте. Тем не менее, энергия невалентных взаимодействий всех глицииовых остатков (всего их 66) не превышает 2 ккал/моль, а 60 остатков— 1 ккал/моль.
Конформационные точки О!у восьми белков сосредоточены (правда, неравномерно) вдоль вертикалей у — -80' и Ч вЂ” 80'. Именно в направлении этих линий вытянуты контуры низкой энергии на карте глицинового монопептида.Отличительной чертой распределения 01у является значительная концентрация точек в районе перевала, соединяюЩего области Ь и Н (дг — О). О причине этого явления скажу позднее.
Остановимся на некоторых закономерностях в распределении конформационных точек, отклоняющегося от чисто статистического, которые являются следствием невалентных взаимодействий ближайших звеньев. Более подробно этот вопрос будет рассмотрен в следующей главе. Вконформационном анализе днметиламида Х-ацетил-1.-аланина(П) было !83 (во о' -уво ува Р и с.
П.24, Конформационная карта метиламида )(-ацетилглицнна (а), диметиламида М-ацетнл-(.-аленина (б) н конформационные точки 01у н других амннокислотных остатков, предпзествующих Рго в трехмерных структурах миоглобияа, а-химстрипсина, белка хрусталика глаза, лнзо. цима, нейротоксина П, рубредокснна, панкреатического трипсинового ингибитора и ферроцитохрома с о -(во Ое уоов (во о -(во' -(во уво'-уво' уво' Р н с П.25. Сечения потенциальной поверхности 02 — зу2 метиламида (Я-ацетил-Е:алания-Ь- ала нина при р) = зу1 = -50' (а) и ф) = 50'. зу1 = 120' (б) 184 Ф!казано, что конформационная свобода молекулы прежде всего ограни„ФФФа областями В н Ь [см.
рис. Н.16). Разумно допустить, что потенмФФЛЬиаи ПОВЕРХНОСТЬ СУЩЕСТВЕННО НЕ ИЗМЕНИТСЯ ПРИ ВКЛЮЧЕНИИ КОНЦЕФЬГо атома Х молекулы П в пролиновое кольцо. Тогда наиболее вероятйагми конформациями остатков типа А!а и Ча!, предшествующих Рго, Фмпкны быть В и 1.. Действительно, из 27 совершенно различных по своей Фгироде остатков, стоящих в цепи перед остатком пролина, 26 имеют ферму основной цепи В и только один — К. На рис. П.24,б можно видеть, с Фпкой удивительной точностью ложатся конформационные точки этих пстатков в область низкой энергии днметиламнда Х-ацетил-Е-аланнна. Т!Ри рассмотрении конформаций амннокислотных остатков в белках бмло отмечено, что сравнительно большое число точек остатков типа к[а и Ча! сосредоточены на картах в районе потенциального барьера 4-1,5 ккал/моль), разделяющего области В и К, а на глициновой карте Фйкже в области перевала между Ь и Н.
Но-видимому, столь характерное, !угличное от статистического, распределение имеет свои причины, близкие Ф[бсуждаемой теме. Для стабилизации таких состояний требуются неболь!Фвяе взаимодействия, которые, однако, отсутствуют у монопептидов, но !аргут обнаружиться в более длинной цепи, Следовательно, можно видеть, !8Фк сильно влияет остаток Рго на конформационное состояние предшестфющего остатка н как просто объясняется причина этого влияния.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
