Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 54
Текст из файла (страница 54)
Кристаллы всех веществ, получаемые при самопроизвольном цессе, обладают таким же свойством. чем же специфика белковой трехмерной структуры? Быть может, в лотной упаковкеу На первый взгляд тоже нет. Любой процесс крилнзации есть не что иное, как сближение атомов, ионов илн молекул асстояния, обеспечивающие образование между ними дисперсионных 191 контактов, ионных пар, водородных связей и т.д, Поэтому всякий кр„ сталл настолько плотно упакован, насколько комплементарны друг дру„. профили потенциальной поверхности образующих его атомов, ионов ка„ молекул. Известно, что синтетические полимеры, в том числе поля пептиды, не образуют монокрнсталлов и лишь после специальной обра ботки обладают текстурой.
Природные гетерогенные аминокислотнма последовательности самопроизвольно свертываются в плотно упаковав. ные, всегда одни и те же при сохранении порядка аминокислот структури ("апериодические кристаллы"), которые могут взаимодействовать межа) собой, создавать монокрнсталлы или более сложные образования. Следовательно, наличие в белковой глобуле согласованности всех видов невалентных взаимодействий в условиях компактной, плотной ула. кованной структуры, т,е.
при максимальной насыщенности стабилизнрукь щнх внутримолекулярных взаимодействий, является исключительныи свойством белков как гетерогенных полимерных макромолекул; обычно этим свойством наделены кристаллы только низкомолекулярных соедв. пений. У белков оно было выработано в процессе эволюции путем вариации состава и порядка аминокислот, Дошедшие до нас последовательности белков свертываются в физиологических условиях таким образом, что а конечном счете все остатки приобретают те конформации из присущих ям наборов низкоэнергетических форм, которые в глобуле оказываютса наиболее комплементарными друг другу.
Благодаря этому происходит резкая энергетическая дифференциация конформацнонных состояний, практически равноценных для свободных монопептидов, и выделение нз огромного количества структурных вариантов уникальной нативной конформации белковой молекулы. Любую природную аминокислотную последовательность можно сравнить с вполне определенным и специально отобранным как по ассортименту, так и по количеству набором деталей, необходимых для сборки устойчивого, целенаправленно и безошибочно работающего механизма. Искусственные гомо- и гетерополипептиды представляются в этом случае наборами совершенно одинаковых, произвольным образом набранных деталей.
Из таких наборов, естественно, нельзя создать досгаточно стабильную сложную структуру, наделенную определенной функцией, но в то же время можно собрать бесчисленное множество случайных конструкций. Предположение о согласованности взаимодействий дает возможность последовательно рассмотреть сначала средние взаимодействия, а затеи дальние, Плотная упаковка аминокислотных остатков в белковой глобуле (это уже не предположение, а констатация опытного факта) позволяет не включать в конформационный анализ белка молекулы окружающей сре ды, а учитывать скорректированные соответствующим образом тольке внутрибелковые взаимодействия. Итак, ближайшей задачей становитс~ изучение средних взаимодействий, или, иначе, конформацнонный анализ олигопептидов.
Под средними будут подразумеваться взаимодействия гго остатка с четырьмя предшествующими (1 — 4) — (1 — 1) н четырьмя после. дующими (г + 1) — (г + 4) остатками в цепи (см. рис. 1.1). Следова.гсльно для учета средних взаимодействий одного остатка с его соседями в по 192 («ядовательностн требуется конформациоиный анализ нонапептндного ~1вгмента. Конечно, такой выбор не в полной мере строг. Он продикйван, в частности, тем обстоятельством, что именно на нонапептидном участке обнаруживаются эффективные взаимодействия между противоб'зящимн в а-спирали а'-м остатком и (( — 4)-м и 0+ 4)-м остатками, Д««скольку а-спираль в отношении основной пепи является одной из самых компактных пептидных структур, то можно полагать, что в других еяучаях нонапептидный фрагмент также окажется достаточным для учета взаимодействия центрального остатка со своими соседями.
Например, у самой вытянутой структуры — ))-складчатого листа средние взаимодействия реализуются на пентапептидном участке. Выбор длины пептидной цепи, где проявляются средние взаимодействия, в принципе не столь уж важен. Несравненно более существенно тса, что и в случае нонапептида мы не готовы к решению конформадйонных задач.
Те средства, которые были использованы в анализе свойядных монопептидов, здесь не годятся. Чтобы убедиться в этом, до- С«аточно взглянуть на табл. 11.17. Из нее следует, что в среднем аминояиелотный остаток обладает -20 равноценными низкоэнергетическими фррмами, учет которых необходим.
Это практически исключает решение кйнформационной задачи не только нонапептида, но а большинстве слу««иев и пентапептнда с использованием данных по монопептндам. Таким «(цразом, возникает необходимость в разработке нового метода конформа«йсонного анализа, учитывающего особенности стерических взанмоотно«й)вний между соседними по цепи остатками. Можно было надеяться, что Мание конформационной специфики пептидов позволит не рассматривать сочетания всех возможных низкоэнергетических конформационных состояний остатков (у пентапептида их в среднем более 10, а у нонапептида— 10п) и сделает расчет более реальным.
Практический интерес для разработки метода конформацнонного анализа пептидов может представить сопоставление результатов незавнсиНЮго конформацнонного анализа специальных серий молекул дипептидов (1- 1, () и (~', (+ 1) и трипептида (( — 1, б ( + 1), полученных на основе данных по монопептидам (( — 1), (~) и ((+ 1), с результатами априорного «а(аедсказания набора структурных вариантов трипептнда (( — 1, б (+ 1). Фвдержащего все его низкоэнергетические конформационные состояния, лученных на основе известных конформационных состояний двух смежх дипептидов (г — 1, () и (й (+ 1). Такое сопоставление могло открыть ь к выяснению конформационной специфики пептидов, послужить снованием для фрагментарного подхода и привести к созданию сотствующего метода конформационного анализа при соблюдении слещнх условий, Во-первых, в том случае, если взаимодействия двух жных остатков приводят к заметной дифференциации оптимальных рм каждого нз них, так как не все сочетания самых выгодных конмаций свободных монопептидов приводят к выгодным конформациям ептидов.
Во-вторых, если наиболее предпочтительные конформации пептида представляют собой комбинации из ограниченного набора дпочтнтельных конформаций соответствующих дипептидов. Выполнеэтого условия означает. что взаимодействия между непосредственно Проблема белла, т 3 193 связанными остатками (1 — 1 и 1; 1 и 1+ 1) оказывают на конформацноннь, возможности трипептида более существенное влияние, чем взаимоденс вня между крайними остатками (1 — 1 и 1 ь 1), и/или последние не вступая, в противоречие с первыми и могут осуществляться при сочетании нека, торых выгодных дипептидных конформаций.
Наконец, непременным усл,„ вием является достаточно четкое и, естественно, адекватное реально„" ситуации обнаружение сущесгвующнми потенциальными функциями энер гетической дифференциации конформацнонных состояний пептидов. 6.1. МЕТИЛАМИДЫ Х-АЦЕТИЛДИПЕПТИДОВ рассмотрение пространственного строения пептидов и метода их ков. формационного анализа начнем с изучения всех возможных конформаций у простейших молекул этих соединений, а именно: Ас-О!у-О?у-?ЧНМе (1), Ас-Ь-А!а-Ь-А!а-ХНМе (?1) и Ас-Ь-Ча?-й-Ча?-МНМе (1П) [! !О, 1! !).
Можно полагать, что молекулы с выбранными аминокислотными остатками достаточно полно отражают конформационные возможности основных цепей дипептидов с любыми боковыми цепями стандартных аминокислот. Между тем конформационные задачи этих молекул наиболее просты, поскольку фактически сводятся к установлению оптимальных форм только основньп цепей.
В качестве переменных были выбраны углы вращения срь 1(71, дь гуг; углы )(1 и уг у молекул П и П1 отвечали минимумам торсионных потенциалов и имели возможносгь изменяться при минимизации энергии (рис. П.27). Р И С. Н,гг. МОЛЕЛЬ МОЛЕКУЛ АС-Х-Х-ННМЕ (Х = м1у, А1а ИЛИ Ча1) а КОНфОрМацИИ д1 = Ч1 = = ег = чг = ! 80, са = 180' Для суждения о потенциальной поверхности молекул 1-Ш в четырехмерном базисе (ср1, а?71, 1рг, гуг) были построены семейства конформа. Циониых каРт сРг-1?уг пРи Различных значениЯх сйь ар1, поДобные пРивеДенным на рис.
П.28. Они показали, что конформационная энергия дипептнда при варьировании одной пары углов ф, ау зависит от значений Ф 18 соседнего аминокнслотного остатка. Эффект влияния возрастает в ряду: 1. П, П1. Однако, н это очень существенно, взаимодействия между смежнымя остатками не приводят к значительным отталкиваниям, и положения минимумов на потенциальных сечениях дипептидов 1 — П1 соответствую~ комбинациям углов ср, 1(у, близким к значениям оптимальных конформаций соответствующих монопептидов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
