Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 52
Текст из файла (страница 52)
к Из анализа конформаций днпептидов, в частности молекулы метилФФФида Х-ацетил-Ь-алания-Е-аланина [110, 111[, следует, что у целого ряда [[[йзкоэнергетических оптимальных форм с внузримолекулярной водород[[[!41 связью типа 4 — + 1, замыкающей десятичленный цикл, значения углов [[Фзащения вокруг связи С~-С' второго остатка попадают в отмеченные межуточные области [ниже или выше горизонтали ц~ = О).
Более глядную картину дают два сечения потенциальной поверхности дипепФида Ас-Е-А!а-Е-А1а — г!НМе, построенные с учетом водородных связей и д = ж = -50' и аз = — 50', цс = 120' (рис, П.25). На первом сечении птуры минимальной энергии расположены в области, разделяющей В и на монопептидной карте, а контур 1 ккал/моль вытянут от ~р = -40' до = 40', т.е.
в том районе, куда попадают многие конформацнонные точ- белков [рис. П.25). Не менее интересно и второе сечение. Отличие ласти Ь на нем от обычной монопептидной карты заключается в $ понижении" ее энергетических контуров относительно Ч. Таким образом, 1[ричина сосредоточения конформационных точек белков на картах <р-у в йбластях, промежуточных между В н К и между Ь и Н, заключается в Фом, что конформации соответствующих остатков стабилизируются водо~о дными связями типа 4 — э 1. Для компенсации небольшого проигрыша энергии невалентных взаимодействий в областях перешейков достаточна Ф[нергия водородной связи всего лишь около 1,0 ккал/моль, Как показал Фпециальный анализ кристаллических структур [108[, водородные связи Фина 4 -> 1, действительно, весьма широко представлены в белках.
НаПример, в лизоциме имеются 15 дипептидных фрагментов с такой связью, Ф в а-хнмотрипсине — 24. Значения углов д, Ч у второго остатка каждого вз этих фрагментов находятся в области псрешейка между В и К илн в Ьбласти перешейка между 1 и Н. Проведенный анализ пространственных форм основных цепей амине. кислотных остатков в белках показал, что их конформационные состояния почти полностью определяются ближними взаимодействиями, т.е, взаимо. действиями валентно-несвязанных атомов в пределах одного остатка Влияние даже ближайших остатков ни в одном случае не ведет к повы. шению энергии, а проявляется лишь в характере распределения конфор.
мационных точек в пределах низкоэнергетических областей конформа. ционных карт изолированных молекул метиламидов Х-ацетил-и-аминокислот. Несмотря на наличие средних и дальних взаимодействий, которые обусловливают образование глобулы, в белках не реализуются состояния остатков с повышенной энергией ближних взаимодействий. О высоков степени соответствия конформационных состояний самым низкоэнергетическим оптимальным конформациям свободных монопептидов свидетельствует, например, отсутствие в белках остатков в формах М и Н, которые проигрывают в условиях водного окружения глобальным оптимальным конформациям не более 3,0 ккал/моль.
Распределение конформационных точек д!, !!г остатков в белках на картах метиламидоа 1Ч-ацетил-а-аминокислот находится в хорошем соответствии со свободной энергией состояний изолированных монопептидов. Боковые цепи. Результаты предшествующего рассмотрения в определенной степени предопределяют и ответ на вопрос о соответствии конформационных состояний боковых цепей аминокислотных остатков в белках и свободных молекулах метиламндов Х-ацетил-а-аминокислот.
В самом деле, трудно представить наличие полного соответствия у основных цепей и отсутствие такового у боковых цепей, Тем не менее анализ конформационных состояний последних с точки зрения ближних взаимодействий не лишен целесообразности. Для удобства рассмотрения боковые цепи аминокислот можно разделить на гидрофобные (неполярные) и гидрофнльные !полярные). Конформации гидрофобных боковых цепей определяются прежде всего ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями, которые могут иметь как стабилизирующий, так и дестабилизирующий характер. В первом случае они называются днсперснонными, или лондоновскими, взаимодействиями.
У монопептидов из-за небольшого числа атомов в молекулах энергия дисперсионных взаимодействий невелика, и поэтому их конформационные состояния определяются в основном мощными силами отталкивания. У полярных боковых цепей значительную роль могут играть также (но не исключительно!) электростатические взаимодействия и водородные связи. Среди боковых цепей гидрофобных остатков можно выделить цепи, имеющие разветвление при атоме Са 1Ча1, Ве) и не имеющие такого разветвления.
К последним относится группа аминокислотных остатков Р!зе, Туг, Тгр, НВ с ароматическими боковыми цепями. Изложенные в предшествующем разделе результаты теоретического конформационного анализа метиламида Х-ацетил-Е-фенилаланина 1см. табл. И. ! 4) свидетельствуют о зом, что в этой молекуле пространственные формы основной н боковой цепей взаимосвязаны; каждой форме основной цепи соответствуют определенные энергетически выгодные положения заместителя. На рнс. 11.26 представлена конформационная карта ~р-х! фенил аланннового монопептнда, разделенная пунктирными линиями на области, !Зб 8!И с, П.26.
Конформационняя карта ,!игиллмиля М-ацетнл-ь-фенилиланинл, ляреленняя ня оалясги 1,!! и Ш, энеррял которых минимальна лля ротаме]]0я с Х! = -60', 180' и 60' соотиетст- венио !ой 17 е 187 в которых энергия мнннмаль- с на для одного из ротамеров с 0 углами вращения )(! = -60(1), 180(11) н 60'(1П), Если на карту нанести белковые конформацвонные точки всех остатков тапа РЬе, как это было сделано в работе (109], то обнаружится, что в структурах бел- -и ков в подавляющем большнн- ел 7ВЮ' етве случаев имеется точно такая же взаимосвязь конформацнонных состояний основной н боковой цепей, как у монопептндов.
Иными словами, в белках пространственная форма основной цепи остатка типа Р)ге в значительной мере предопределяет положение его боковой цепи. Обратное влияние проявляется в уменьшении значений углов гр основной цепи, что также следует нз расчета монопептнда, Распределение по углам у! = — 60, 180 н 60' конформацнй боковых цепей РЬе н его стереохнмнческнх аналогов Туг, Тгр н Н]з в белках составляет 'соответственно 56, 24 н 20% от нх общего количества, Интересно, что рогласно теоретической н экспериментальной оценкам приблизительно такие же веса трех ротамеров имеет свободная молекула метнламнда Я-ацетнл-7-феннлаланнна.
Наиболее вероятной величиной угла вращения вокруг связи Ср-С722 в монопептнде РЬе является 90' (см. табл. 11.14). Такое же значение )(2 чаще всего имеют остаткн типа РЬе в белках. Например, в многлобнне нз 23 остатков этого типа угол уз, равный -90', .лмеют 16 остатков, )(2 — 150' — 3 н 22 — 30' — 4; в а-хнмотрнпснне нз 20 остатков угол у! — 90' имеют 16. Из шести остатков на неспнральных участках в обоих белках с иными чем -90' значениями углов )(2 в пяти остатках углы близки к 150'.
Теоретически такое положение ароматн'ческнх колец также возлюжно только прн )(! = -60'. Действительно, во йсех случаях, где 22 — 150', угол т! близок к — 60'. На а-спнральных Участках белков боковые цепи остатков типа РЬе имеют углы 2! — -60 н 180'! угол 21 — 60' в отношении ближних взаимодействий столь же вероятен, как н два отмеченных. Однако в а-спирали он не может реалнзоваться нз-за наталкнваннй, возникающих между ароматической группой Н соседними боковыми целями. Таким образолг, в белках конформации всех остатков типа РЬе близки к наиболее предпочтительным оптнмальлым конформацням метнламнда Х-ацетнл-(.-феннлаланнна.
Распределение Углов вращения в боковых цепях соответствует свободным энергиям ротамеров монопептнда Р)ге. Идентичность распределения конформацнй остатков Рйе, Туг, Тгр и Н)з подтверждает разумность их объединения в одну стереохимическую группу. Конформационная специфика гндрофильных остатков не может быть полностью объяснена только невалентными взаимодействиями. Боковые цепи, содеРжащие гРУппы -ОН (Бег, Тпг), -СОО (АзР, 01п), -!ЧНз (ЬУз) я т.д., в белках участвуют в образовании водородных связей с собственной основной цепью и с боковыми цепями других остатков, электростатя. ческих взаимодействий и солевых эффектов.
В качестве примеров остатков с гидроксильной группой рассмотрим конформационные состояния в белках боковых цепей серина и треонина. Прежде всего оценим их конформационные возможности в свободном состоянии с точки зрения невалентных взаимодействий. Контактный радиус атома О (1,5 А) лишь немного больше радиуса Н (1,2 А); кроме того, связь С-О (1,43 А) длиннее связи С-Н (1,09 А). Поэтому группа -СНзОН в отношении невалентных взаимодействий с основной цепью близка к метильной группе, и конформационная свобода Бег практически не уступает А!а. Следовательно, все ротамеры относительно т~ ( — 60, 180, 60') по невалентным взаимодействиям у Бег должны быть приблизительно равновероятны. У остатка Тпг, подобно Ча! и Не, разветвленне в боковой цепи начинается у атома СЯ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
