Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 61
Текст из файла (страница 61)
Энергия конформаций, у которых один из остатков Азп находится в форме Ь, как правило, превышает 4,0 ккал/моль. Только среди конформсров с формой В-(.-В имеется несколько вариантов с энергией, близкой, например, энергии самых предпочтительных вариантов с развернутой формой В-В-В. Так, у Вз,— 1.2з-Взз величина (/оо», равна 2,7, а у В22 — 1.52-В! ! — 3,0 ккал/моль. Таким образом, проведенный анализ фрагментов -Азп — Азп-, — Азп — Азри -Азп-Аап-Азр- позволил оценить конформационную специфику пептидной цепи с полярными остатками.
Оказалось, что электростатические взаимодействия полярных и заряженных боковых заместителей приводя! ь дополнительной стабилизации тех форм, которые предпочтительны пс другим видам взаимодействий Образование водородных связей не вносит сузцествснного энергетического перераспределения в набор оптимальном Энергия взаимодействия на участках, икал/моль дипептидных трипептидиых ЬГа! х! хз Ь Ьх Ьз з! Ьх зз зз зз Ь! Ьх Ь|-3! Ь4-з! '!-'з 1,4 0,1 0,2 -1,5 0 -0,3 0 -0,1 -О,! -1,8 0,8 0,2 -0,4 -0,8 -0,2 -2,1 -0,1 0 -1,6 О,З О,! 1,2 -0,3 -1,4 -0,1 -0,2 0 -2,5 0 0,1 Р,з 1,9 -0,5 -1,0 -0,2 -1,5 - 1,3 -1,5 -0,1 0,2 донформаций. В предпочтительных по энергии структурах трипептида имеет место согласованность между дисперснонными н электростатическими взаимодействиями и водородными связями, Специфические стабилизирующие взаимодействия на трипептидном участке реализуются ври низкоэнергетических моно- и дипептидных конформационных состоя!!вях.
Рассмотренный в 5 и 6 главах материал, касающийся конформационных йпзможностей разнообразных моно-, ди- и трипептидов, содержит минимум тех данных, которые необходимы для создания классификационной систезйы всевозможных оптимальных конформаций пептидов и разработки зйетода априорного расчета их пространственного строения. Глава 7 ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МЕТОД КОНФОРМАЦИОННОГО АНАЛИЗА ПЕПТИДОВ И БЕЛКОВ Основой количественного метода конформационного анализа служат бифуркационная теория самосборки и физическая теория структурной Организации пептидов н белков (см, гл, 2) Бифуркационная теория ясходит из представления о самопроизвольном свертывании белковой цепи !гак о нелинейном неравновесном процессе, обусловленном и направляемом аеобратимыми флуктуациями.
Согласно физической теории нативная конформация белка считается плотно упакованной структурой, обладающей минимальной внутренней энергией и согласованной в отношении всех йнутриостаточных и межостаточных взаимодействий валентно-несвязан- 219 ных атомов белковой молекулы. Постулированная в теории гармония вну трилзолекулярных взаимодействий позволяет разделить проблему стру„ турной организации белков на три менее громоздкие и в принципе под, дающиеся последовательному решению проблемы ближних, средних а дальних взаимодействий. Под ближними подразумеваются взаимодейства„ валентно-несвязанных атомов одного остатка между собой и с атомамв двух смежных пептидных групп, под средними — невалентные взаимодсйст.
вия аминокислотного остатка с несколькими ближайшими предшест. вующими и последующими в белковой цепи остатками, а под дальними взаимодействия остатка с более удаленными в последовательности остат. ками (см. рис. 1.1). Проблема ближних взаимодействий решена методом теоретического конформационного анализа, обычно используемого в исследованиях про. странственного строения малых органических молекул. Для свободных монопептидов 20 стандартных аминокислот были найдены все возможные конформации и в каждом отдельном случае выявлена взаимообусловленность состояний основной н боковой цепей (см.
гл. 5). Реальность полученных данных подтверждена результатами комплексного физико- химического исследования структур большого числа монопептидов в различных средах. Теоретические конформации монопептидов сопоставлены с геометрией основных и боковых цепей амннокислотных остатков в известных трехмерных структурах белков. Показано, что реализующиеся в белковых молекулах конформационные состояния остатков за редкими исключениями, которые, цо-видимому, следует отнести к артефактам, отвечают наиболее выгодным конформациям свободных монопептидов, Средние и дальние взаимодействия ни в одном случае не вступают в противоречие с требованиями, диктуемыми ближними взаимодействиями Их роль заключается в выборе конформации остатка из числа низкоэнергетических состояний свободного монопептида.
Этап исследования ближних взаимодействий завершился составлением для свободных монопептидов 20 стандартных аминокислот универсальных наборов низкоэнергстических конформаций, необходимых и достаточных для описания всех конформационных состояний остатков, встречающихся в белковых структурах (см. табл. П.17). Количество реализуемых в белках состояний каждого природного аминокислотного остатка соответствует конформационным возможностям свободного монопептида, т.е.
набору (как правило, представительному) его низкоэнергетических конформаций. Поэтому учет взаимодействий между остатками даже у небольших пептидов сталкивается с огромным объемом вычислительных работ. Таким образом, проблема средних взаимодействий не могла быть решена на той же методологической основе, что и проблема ближних взаимодействий. Разработка специального метода конформациониого анализа требовала знания особенностей межостаточных взаимодействий и правил свертывания пептидной цепи.
Однако таких знаний не было, и получить их с помощью имеющихся средств можно было только для самых простейших объектов — моно-, ди- и трипептидов, проследив в этом ряду молекул за средними взаимодействиями и их влиянием на ближние взаимодействия. Безусловно, ряд короток, но ~анно его изучение могло оказаться самым необходимым для следую~го шага, поскольку позволяло проследить за наиболее существеннызи стерическими взаимоотношениями между близко расположенными В цепи и смежными, т.е, валентно-связанными друг с другом, остатками гем. гл.
6). 2Л. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ СТРУКТУР ПЕПТИДОВ И БЕЛКОВ Главный вопрос, на который требовался однозначный ответ, заклюяялся в получении правильного количественного представления о конфорущионных возможностях пептида на основе ограниченных наборов пред«пчтительных конформаций составляющих его фрагментов. Положительный ответ позволяет избежать расчета пептида путем перебора всех возможных конформационных состояний его остатков и строить анализ на Поэтапном принципе, предваряя исследование всей молекулы расчетом ее фрагментов.
Очевидно, этот принцип будет справедлив и окажется эффективным только в случае избирательной согласованности ближних и задних взаимодействий, т.е. когда конформационныс возможности пепяяда описываются лишь некоторыми сочетаниями и только низкоэнергехических коиформационных состояний фрагментов. Исследования, призванные решить судьбу фрагментарного подхода, по ложности и конкретным целям рассматриваемых в них задач разделились йя два уровня. Работы первого из них включали независимый конформафюнный анализ серии дипептидов с последующим сопоставлением конформационных состояний остатков с оптимальными формами свободных мойвпептидов.
Работы второго уровня заключались в анализе трипептидов и яйставляющих их дипептидных фрагментов. Расчет также был независим, жп исходными у тех и других служили предпочтительные конформации еободных монопептидов. Рассмотрен ряд ди- и трипептидов, состоявших ° з различных по своей природе и конформацнонным возможностям аминоянслотных остатков. Полученные результаты оказались обнадеживающими. Во всех без исключения случаях низкознергетические конформации более сложных молекул представляли собой комбинации самых выгодных конформаций более простых. Гармония ближних и средних взаимодействий проявлялась йсогласованности между различными видами взаимодействий валентноиесвязанных атомов (невалентиыми, электростатическими, водородными ввязями) и конформационными состояниями основных и боковых цепей Всех остатков.
Существенным оказалось то обстоятельство, что в предпочтительных конформациях, например трипептида, все три аминокислотМых остатка и два перекрывающихся дипептидных фрагмента, находясь в йдиом из низкознергетических состояний соответствующего свободного Фоно- или дипептида, осуществляют ряд дополнительных стабилизируювдих взаимодействий, Таким образом, было показано, что согласованность взаимодействий яопровождается существенным отклонением от аддитивности и носит 22! выборочный характер.
Именно это свойство пептидных цепей ведет х детерминации конформационных состояний и выделению в конечном счет~ их из множества единичных пространственных структур. С удлинением пептидной цепи (прн соответствующем составе н порядке расположена„ аминокислотных остатков) резко возрастает избирательность энергии пел. тида к его конформационному состоянию. Конечно, у исследованных объектов в силу их малости энергетическая дифференциация простраа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
