Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 53
Текст из файла (страница 53)
Поэтому у него, как и у остатков валина и изолейцина, наиболее вероятными должны быть те состоянии, в которых атомы Ст и От не находятся между связями !ч-С" и Сч-С', что имеет место при т~ = 60'. В согласии с расчетом монопептида Тпг боковые цепи этого остатка чаще всего встречаются в положении с )(, = 180' (60%).
Далее следует т, — -60' (30%) и )(~ — 60' (10%), Упомянутое стерическое ограничение отсутствует у серина, и в распределении конформаций у него по углу т все три ротамера (-60, 180 и 60') представлены достаточно полно (соответственно 45, 25 и 30%). У остатков Бег и Тпг, как известно, выражена тенденция избегать в белках внутренние витки а-спиралей. Гомополииептиды Бег и Тпг не образуют гг-спиралей, а существуют в форме ))-структурьь В сополимерах с а-спиральными остатками оии дестабилизируют, а прн большом содержании разрушают а-спирали.
Тем не менее на нерегулярных участках белков у Бег н Тйг конформации В и В представлены с равными весами. Следовательно, отсутствие соответствующих а-спиральных полипептидов связано не с меныпей вероятностью нахождения остатков в конформации В, чем в В, а иными причинами, обусловленными кооперативным характером взаимодействий в а-спирали. Причина дестабилизирующего влияния серина и треонина на а-спираль заключается в водородных связях, которые могут образовывать боковые цепи этих остатков с пептидными группами.
Такая связь возможна у монопептидов Бег и Тйг в конформацнях В при соответственно уз — 60' я )(з — -60'. В а-спирали она конкурирует с водородной связью между группой !ч-Н пятого остатка Бег (Тпг) н группой С=О первого остатка, что, естественно, снижает устойчивость спирали. На спиральных участках белков, напротив, внутренняя водородная связь приводит к сгабилнзации данного состояния основной цепи в конформации В.
В конформации В остатков Вег и Т!зг также возможна водородная связь От-Н ..О=С в пре- ах монопептидного фрагмента. В ))-структуре гндроксильная группа Ф ' оной цепи и карбонильная группа основной цепи оказываются сблий)йииыми при )(, — 180 и 60' у Бег (60 и -60' у Тпг). Образование такой и в этом случае не препятствует водородному связыванию регулярных уктурных участков параллельных нли антипараллельных пептидных ,йпей, поскольку стернчески не затрудняет подход двух протонов к ,ррбонильному атому кислорода, способному служить их донором электронов. Участие группы ОН в водородной связи при наличии пептид«пй водородной связи отчетливо проявляется в полученном 3.
Бауком и В,Катчальским ИК-спектре кристаллического поли-ь-серина, находящеп)кя в )з-структуре [112), следовательно, внутренняя водородная связь в йататках Бег и Тпг в конформации К дестабилизирует а-спираль, а в конфврмации В стабилизирует ))-структуру. Боковые цепи этих остатков цззгут образовывать разнообразные водородные связи. Однако важно подявркнуть, что реализация таких возможностей в белках осуществляется впи ориентациях боковых цепей Бег и Тпг, соответствующих минимумам яевалентных взаимодействий свободных молекул метиламидов )ч-ацетнл( серина и -(.-треонина.
М' " Из анализа пространственного строения боковых цепей Рпе, Туг, Тгр, , Тпг и других аминокнслотных остатков в белках (108, 109) следует й)11вод, который уже был сделан прн рассмотрении пространственного ())роения основных цепей. В обоих случаях отчетливо видна корреляция )яв)паду конформацнонными состояниями аминокислотных остатков в бел- В' и оптимальными конформациями соответствующих метиламидов -ацетил-а-аминокислот. Реализующиеся в белковых трехмерных струках конформационные состояния остатков всегда отвечают наиболее дным конформациям свободных монопептидов. Средние и дальние имодействия ни при каких обстоятельствах не вступают в противочие с требованиями, диктуемыми ближними взаимодейсгвиями.
Это подрждает нашу теорию структурной организации белков (см. главу 2) в ее части, которая касается согласованности между ближними взаимой)Зйствиями, с одной стороны, и средними и дальними взаимодействиями, с угой. Таким образом, для пространственных структур белков специфич- оказывается только последовательность конформационных состояний атков, а не сами состояния. Основной принцип организации пространст- ой структуры белков, по существу, аналогичен принципу организации химической структуры. Различие в том, что в аминокислотной послеательносги каждый стацдартный остаток может быть представлен, как авило, только одной химической формой, а в трехмерной структу- — набором практически равновероятных пространственных форм (в еднем — 10).
Если ближние взаимодействия валентно-несвязанных мов решающим образом определяют конформационные возможности атков, то на долю средних н дальних взаимодействий приходится выбор нетленного для каждого остатка в белковой последовательности нформационного состояния из набора низкознергетических конформаций бодного монопептида соответствующей стандартной аминокислоты. ,Таким образом. средние и дальние взаимодействия, создающие униьную трехмерную структуру белка, могут проявлять себя только в 189 границах, установленных ближними взаимодействиями. В чем физическа причины подобной субординации? В наборы ннзкознергетических коя формаций свободных монопептидов, как уже отмечалось, входят все;, пространственные формы молекул, в которых отсутствуют ван-дер-ваада.
совы отталкивания. Энергия стабилизирующих взаимодействий валентнв несвязанных атомов здесь мала из-за неболыпого числа контактов н ела. босги самих взаимодействий. Перспективными оказываются лишь формы в которых отсутствует перекрывание ван-дер-ваальсовых атомных рядну сов. По этой причине явились столь содержательными и интереснымв результаты работы Рамачандрана и соавт. [58). Средние и дальние взаимодействия имеют стабилизирующий характер и включают диспер.
сионное притяжение, энергия которого при контакте двух атомов не превышает 0,1 икал/гаоль, электростатические взаимодействия, сильно. ослабленные в водной среде и обладающие малым градиентом (энергия отталкивания возрастает пропорционально г з, а электростатическщ взаимодействий — г '), и водородные связи, также слабые в этих условиях Эффективность средних и дальних взаимодействий в стабилизации белке.
вой глобулы в их массовости. Однако при установлении конформацнонньп состояний аминокислотных остатков трудно ожидать с их стороны серьезной конкуренции с ближними взаимодействияляи, т.е. с мощными силама невалентных отталкиваний. Только согласованность всех видов взаимодействий может сделать процесс структурной организации белка самопроизвольным, быстрым и безошибочным, особенно если учесть, что самосборка белковой молекулы протекает в динамически напряженных условиях при постоянном броуновском движении.
Наборы низкоэнергетических конформационных состояний, полученные нами для всех 20 стандартных аминокислотных остатков (см. табл. П.17), универсальны и могут быть использованы в анализе пространственного строения любой аминокислотной последовательности. По числу структурных вариантов они достаточно представительны, так как включают не только все конформационные состояния остатков, уже обнаруженные в кристаллических структурах белков, но и ряд других, потенциально возможных.
Глава 6 КОНФОРМАЦИИ МЕТИЛАМИДОВ Х-АЦЕТИЛДИ- И ТРИПЕПТИДОВ К принципиальным достижениям исследований конформацнонных возможностей свободных монопептидов можно отнести следующие. Во первых, выполнен теоретический конформационный анализ всех стандартных аминокислотных остатков и для каждого из них получен полный набор оптимальных конформациоиных состояний. Во-вторых, с помощью целого комплекса физико-химических методов изучено пространственное стросш1е шого числа монопептидов и обнаружено полное соответствие ретатов теории и эксперимента. В-третьих, оптимальные конформации одных монопептидов сопоставлены с геометрией аминокислотных тков в кристаллографнческих структурах белков и выявлена четкая реляция между ближними взаимодействиями, с одной стороны, и ними и дальними, с другой. Реализующиеся в белковых молекулах формационные состояния остатков всегда отвечают энергетически почтительным конформациям свободных монопептидов.
Итогом конмационного анализа свободных монопептидов явилось получение униальных наборов тех конформационных состояний стандартных аминой" отных остатков, которые только и могут встретиться в трехмерных уктурах белков. , Для того чтобы наглядно представить себе все, что удалось выяснить структурной организации белков на первом этапе, т.е, при изучении их взаимодействий, воспользуемся строительной аналогией, не пре- ующей на значительную глубину.
В результате проведенных исслеаний стали известны все конформационные "кирпичики", из которых адываются пространственные структуры любых белков. Их оказалось еиь много, и каждый из них имеет довольно сложный профиль потенальной поверхности. Формы кирпичиков прежде всего зависят от их ержания, т.е. от природы аминокислот. Поэтому они подразделяются 20 типов. Каждый тнп, в свою очередь, состоит из ряда разновидной, определяемых конформационными состояниями основной и боковой пей и их взаимной ориентацией. Набор кирпичиков одного типа, по еству, представляет собой все возможные сочетания К-, В- и 1.-форм овной цепи (у О!у также Н) и ротамеров боковой цепи с углами внут- него вращения, отвечающими минимумам торсионных потенциалов. ючениями являются лишь те сочетания, при которых имеет место рекрывание ван-дер-ваальсовых радиусов атомов.
Следующий шаг программы достаточно очевиден. Он должен состоять азработке правил сооружения более сложных конструкций из ставших вестными строительных элементов — оптимальных конформаций сводных монопептидов. Исходными здесь являются знания аминокислотной едовательносги и всех возможных оптимальных конформаций остат- . Кроме того, будем руководствоваться нашей априорной идеей— кбличественной теорией структурной организации белков, поскольку она ывает путь к дальнейшему продвижению и получению результатов, еряемых экспериментально. Поэтому в конечном счете она или притает статус физической теории, или окажется несостоятельной. Пока оверим теории и будем считать, что для белковых пространственных уктур характерна согласованность всех видов взаимодействий. В этом улате не содержится ничего необычного или специфичного только для ков.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
