Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 62
Текст из файла (страница 62)
ственных форм проявляется в зачаточной форме. Только в двух из рас. смотренных примеров, а именно в последовательностях -Рпе-А1а- а -Р)зе — Рго- отчетливо наблюдаются детерминации конформационных со. стояний с ростом цепи. Расчет показал, что уже в пентапептидах Р1зе-А1а Р)зе-А!а — Р1зе и Рле — Рго-Р)зе-Рго-Р)зе у центрального остатка устойчивым становится практически единственное конформационное состояние Вп прячем в первом случае прн В, а во втором при К состоянии соседних остатков. Выше были отмечены выводы принципиального порядка, которые следовали из анализа простейших пептидов.
Онн оказались достаточными, как будет видно позднее, для обоснования поэтапного подхода к изучению конформационных возможностей природных олигопецтидов и пептидиых фрагментов в белках. Наряду с ними исследование ди- и трипептидоа позволило сделать ряд менее принципиальных, но важных с практической точки зрения заключений.
Их ценность в том, что они позволяют существенно сократить объем вычислительных работ без нарушения строгости расчета. Например, в анализе пептидных фрагментов можно не учитывать ряд конформацнй основных н боковых цепей у 1Ч- и С-концевых остатков. Для Х-концевого остатка достаточно рассмотреть К- и В-формы основной цепи с ориентациями боковой цепи прн значениях )1, -60 и 180', а для С-концевого остатка — К- и Ь-формы основной цепи с ориентациями боковой цепи при т~ — — 60 и 60'.
Последствия неучитываемых у первого остатка фрагмента 1 -формы и угла т — — 60', а у последнего — В-формы я угла у, -180' можно заранее предвидеть. Отмеченные формы Ь и В отличаются соответственно от В- и К-форм основных цепей С- и Х-концевых остатков положением (приблизительно на 180' по углу д в первом случае и у — во втором) крайних пептндных групп, что мало сказывается на результатах расчета. В этом можно убедиться, обратившись к таблицам предшествующей главы.
Все варианты с углом )1~ --60' у первого остатка и )1~ -180' у последнего имеют заведомо большую энергию, поскольку боковые цепи при этих значениях ориентированы в противоположные стороны и не в состоянии эффективно взаимодействовать ни между собой, ни с промежуточными остатками. Можно также не рассматривать варианты с К-формой у предшествующего пролину остатка (если он не 01у) н варианты с дипептидным фрагментом в (Ь-Е)-форме (если хотя бы один остаток не 01у). Такие конформационные состояния имеют сравнительно высокую энергию и в белках нс реализуются.
Кроме О!у, нн один нз стандартных остатков почти не встречается в нативных конформацяях белков в состояниях с Н-формой основной цепи. Все это полезно иметь а виду при выполнении конкретных расчетов. 222 Однако самым существенным результатом изучения конформационных пзможностей простейших пептидов, сконцентрировавшим в себе основйые выводы н установившим их прямую связь с обилием, по существу, яяп~ак еще не систематизированных фактов о трехмерных структурах явлков, явилось создание структурной классификации пептидов. Во многих 1пследованиях, особенно связанных с анализом большого числа вариантов псложной многоступенчатой процедурой, классификация играет важную, пзли не решающую роль. Ее значение не ограничивается только объедияанием всех объектов исследования и наведением среди них опреде° аииого порядка, Если систематика не искусственна, не просто каталог, построенный по ° исто внешним, случайным признакам, а опирается на совокупность внутявииих, самых существенных признаков, изучаемых объектов, иными слодяаяи, если систематика является естественной, подобной, например, системе сингоний в кристаллографии, то она становится не только конкретяым воплощением принципов теории и отражением объективной взаимосвязи частей и целого, но и ключом к решению проблемы.
Именно явкой является классификация пептидов (106, 107), обоснованная, как увидим, с физической точки зрения и охватывакнцая все многообразие впзможных конформационных состояний любого пептидного фрагмента и вялой молекулы белка. Она позволяет получать представление о конформационных возможностях структурных вариантов больших классифийяционных групп по результатам анализа их отдельных представитейвй. Перед рассмотрением классификации уточним используемые в ней понятия, которых будем строго придерживаться в дальнейшем изложеяии. Конформационное состояние аминокислотного остатка полностью зайдется (при фиксированных длинах связей и валентных углах) значениями йвугранных углов вращения д (Х-Са), у (Са — С ), ш (С'-г)) и )( (С" — Са, мв-Ст и т.д,) (см, рис, 11.8).
Совокупность состояний остатков в данной Г едовательности однозначно определяет конформацию фрагмента. Под 'оиятием "конформационное состояние", или "конформация", будем Мдразумевать строгие количественные характеристики геометрии осЬтка или фрагмента, которые позволяют вычислить значения энергии внутри- и межосгаточных взаимодействий. Двугранные углы ~р, ~у основной цепи всех остатков в пептидах и белвсегда находятся на конформационных картах в низкоэнергетических ластах В, В, 1. и Н (см. рис. 11.23 и 11.24). Введем понятие формы атка, которое означает принадлежность его конформационного сояния к одной из указанных областей пространства <р-~.
Форма остатка и форма фрагмента) прямо не связана с природой аминокислот и их ледовательностями, а является полуколичественной характеристикой овной цепи, указывающей лишь область значений углов <р, у, а не сами (качения. Для идентификации формы основной цепи достаточен тырехбуквенный код К, В, 1. и Н. Смысл введения этого понятия заключается в том, что оно отражает общий характер взаимодействий атомов пептидного скелета, а также определяет возможности боковых Мней в отношении взаимодействий друг с другом и с основной цепью. 223 Реализация потенции той или иной формы основной цепи происходит пр„ наложении на нее конкретной аминокислотной последовательности.
В дальнейшем изложении будет показано, что формы основной цел„ фрагмента могут быть разделены на отдельные типы, которые мне~ названы шейпами пептидного скелета. В основе разделения форм пе шейпам лежит дипептидный структурный элемент. Формы одного шейла имеют аналогичный ход пептидной цепи и подобное взаимное рас.
положение боковых цепей и звеньев основной цепи. Следовательно, ояа обладают близкими возможностями в отношении средних взаимодейсгаий Различия в этом случае связаны с энергией ближних взаимодействий я конформационной свободой форм остатков (В и В имеют меньшую энергию на карте ср — зу и большую площадь, чем 1. и тем более Н) (си рис. 11.10). Шейп является качественным понятием, которое не зависит от конкретной аминокислотной последовательности, а определяется лишь числом остатков. Пространсгвенная классификация пептидных структур по конфорчациям, формам и шейпам построена по принципу "дерева".
Все конформа. ции делятся gо формам основной цепи, а формы — по шейпам. Количество форм в каждом шейпе определяется числом возможных комбинаций К-. Вэ Ь- и Н-формы остатков, Число конформаций каждой формы зависит от природы остатка. Все возможные формы основной цепи и шейпы пептидного скелета предполагаются равноценными. Предпочтительность некоторых из них выявляется только в результате конформационного анализа, т.е. опробования на конкретной аминокислотной последовательности.
В описанной структурной классификации возможна энергетическая дифференциация пространственного строения пептида на трех уровнях — шейла, формы и конформации. При обсуждении пространственного строения пептидов и белков кояформационные состояния остатков в большинстве случаев удобно характеризовать не численными значениями углов у, у, ш и )(, а с помощью уже упоминавшегося идентификатора типа Х,", где: Х = В, В, Ь или Н: л — номер остатка в последовательности, а индексы ~, )... характеризуют положение боковой цепи ()(ь уь..); 1 = ) = 1 соответствует значению углов т в области 0-120', 2 — в области -120 -120' и 3 — в области -!20 — 0' Все последующее рассмотрение результатов конформационного анализа пептидов и белков будем вести, используя идентификаторы Х,",, и лишь в исключительных случаях будем приводить точные значения конформа.
ционных параметров. Остался неосвещенным вопрос о принципе разделения форм основной цепи по шейпам. Он, так же как и принцип разделения конформаций пе формам основной цепи, имеет серьезную экспериментальную основ) Конформационное состояние пептидной цепи фрагмента из двух остатков аминокислот определяется двумя парами углов; <р„у, и <р„о щ„. Однако для суждения о характере взаимодействия между смежными остатками интерес представляют лишь два угла — зу, и <р„о или даже один дву. гранный угол вращения вокруг виртуальной связи С,"- С„,— О, значение 224 Р» с.
П.З!. ФоРмы основной цели дипептидных Участков К вЂ” В (<Р, = -60'. д, = -60'. Фм! = л-(20, »ы! = 60') и  — !. (<р, = — 60', », = (20', Ом ! = 60', »ы ! = 60') при значениях яяхтуального угла 0 = Ль ь Фы ! = ! 80' которого близко сумме хр, и (р„(, а при (0 = 180' совпадает с ней. Этот угол однозначно связан с ориентацией векторов С~-Х и Со (-С', задающих ход вьч(оввай цепи, а также с ориентацией векторов С~-С~ и С,",(-С~„!, йпределяю(цих направленность двух боковых цепей. Если при изменении форм основных цепей смежных остатков, сопровождающемся значи- 3!вльным отклонением двух пар углов (р, ((( от своих прежних величин, угол 6'остается постоянным, то не нарушается также ход основной цепи и взаимное расположение боковых цепей (рис.
11,31). Происходит лишь у(йворот промежуточной ((-й) пептидной группы, приводящий к параллель!(йму переносу части цепи на расстояние -1,5 у)с, Изменение виртуального угла 9 всегда связано с нарушением хода основной цепи и переориент»цией боковых цепей, т.е. с изменением средних взаимодействий. Поэтов!у можно ожидать, что структуры фрагментов с не сильно отличающи1й(ся значениями 9 и углами (р, 3(г в разных низкоэнергетических областях вудут близки в отношении энергии средних взаимодействий.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
