Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 72
Текст из файла (страница 72)
Энергия У„е„всех конформаций, полученных после минимизации при вариации указанных на рис. 111.1 углов !р, 3р„у, обнаруживает очень большой разброс значений. Дальнейшего рассмотрения заслуживают конформации с формами основной цепи  —  — К, К вЂ” Ь вЂ” К, Ь вЂ”  — К (ее) и К вЂ”  — К,  — Ь вЂ” К (Ге). Высокая знергия всех конформацнй других форм обусловлена главным образом наталкиванием боковых цепей А!а" и Ргоз.
Результаты конформационного анализа фрагментов <О!и1-Ьуа -Тгрз)ч(НС» и С"СО-Тгрз-А!а"-Ргоз позволяк1т прежде всего сделать вывод о нереальности всех структурных вариантов с формой К-Ь-Ь у (1) н формами В-К-К, К-К-К и Ь вЂ” К-К у (11). Следовательно, последующее рассмотрение сводится к анализу конформацнй 8 шейпов нз 16 возможных в общем случае для пентапептида. Они представляют собой комбинации шейпов еу, Ге и~~'фрагмента (1) и ее, Ге (П).
Каждый шейп БПП5 включает формы основной цепи иизкознергетических конформаций фрагментов. Представление о распределении 530 оптимальных конформаций молекулы БПП5 дает табл. 111.1. Переход от свободных фрагментов (!) и (11) х пентапептиду сопровождается резкой дифференциацией конформацнй пс энергии. Из многочисленного набора возможных конформаций БГ)П,. составленных из предпочтительных состояний трипептидов (1) и (П), ныне' ляется небольшое количество реальных низкоэнергетических структур. В интервал 0 — 5,0 ккал/моль попадают конформации только трех форм основной цепи, принадлежащих шейпам/е~е н/у/е.
Энергия конформаций других шейпов близка сумме величин соответсгвующих состояний свободных фрагментов. Предпочтительные конформацяи БПП5 имеют шейпы основной цепи (6»е и /е/е. Их преимущество перед другими рассчитанными конформациями молекулгя не может быть объяснено только тем, что они представляют собой сочетания выгодных конформационных состояний перекрывающихся фрагментов (1) и (11) и не отличаются от большинства вариантов других шейпов. Расчет показал, что низкая энергия некоторых конформаций Ще иуеуе связана главным образом с реализацией возможности, предоставляемой только этими шейпами, образовывать эффективные стабилизирующие взаимодействия между удаленными в последовательности остатками.
При шейпе /е7е возможны дополнительные взаимодействия на тетрапептидном участке между остатками 1.у52 и С-концевым фрагментом молекулы. Действительно, они возникают в большом числе конформаций формы К-В- — 1;К при состояниях боковой цепи лизина 52, со значениями углов у,, )(2 — 60, 180' (12), 180, 60'(21) и 180, 180'(22); более выгодно положение 12, В глобальной конформации К -В,225-В2,-1. — К гидрофобная часть боковой цепи Ьуз взаимодействует ! 2 3 4 5 2 с пептндной группой Ь, (- 4,3 ккал/моль), а ее положительно заряженная группа »Ь(4Нз — с отрицательно заряженной карбоксильной группой Ргоз (-6,7 ккал/моль).
Столь сильные дополнительные взаимодействия на тетрапептидном участке не нарушают, однако, стабилизирующих контактов 52 с элементом основной цепи Ь4 ( — 3,4 ккал/моль), характерных для свободного фрагмента (1); сохраняются также другие благоприятные взаимодействия на моно-, ди- и трипсптидных участках. Общий эффект взаимодействий боковой цепи 1.узз в глобальной конформации К -В522,-В2,-1. -К составляет около -15 ккал/моль. Энергия Ьве„других г З 4 предпочтительных конформаций с формой основной цепи К вЂ” В-В-1;К определяется в основном величиной стабилизирующего вклада (.у52. При Значении угла Т, — — 60' цепь з2 ориентирована в противоположнун5 от Ргоз сторону и существенных стабилизирующих контактов не образует. Лучшая конфорл»ация этой формы с,"(, — — 60' (К' — В 5252-В 52 — 1 4-К5) проигрывает глобальной 7,4 ккал/моль.
Низкоэнергетическая конформацня с формой К- — К- — К шейпа /е/е ((/,вм = — 2,2 ккал/моль) имеет практически те же дополнительные взаимодействия 1.у52 на тетрапептидном участке. Однако они могут реализовываться только при одном положении боковой цепи лизина: )(ь )(з - 180', 72, у4 — 60' (2121) (при форме К'-В2 — В5-1.' — К' этого же шейна Таких положений, по крайней мере, семь). Форма К-В-К-В-К, кроме того, не обеспечивает одновременно с взаимодействиями Ь5 — 52 и с-зз взаимодействия 5, с Ъ4, которое у К вЂ” В 212,— К„- — К составляет всего 2 3 4 5 -0,6 ккал/моль (в конформации К вЂ” В,22,-В21 — 1. -К- вклад (/54 „равен 1 5 4 5 9» 259 3,5 ккал/моль).
Следовательно, можно заключить, что форма К' — В2-К3 В4-К значительно менее предпочтительнее формы К'-В2 — Вз-Ь"-К' по энтальпии и энтропии. Поэтому она менее перспективна для молекулы БПП3. В конформациях шейна/2/е вследствие сближенности ]9- и С-концов основной цепи могут осуществляться взаимодействия на тетра- и пента. цептидном участках. Тем не менее, в самой низкоэнергетической кон. формации//„/е (К -К3223-К11-В -К, (/маа = 2,0 ккал/моль) эти взаимодейст. 3 2 3 4 3 вия на 5 ккал/моль менее эффективны, чем дополнительные взаимодействия в К -В м2,-В2,-Ь -К ((/ в = 0 ккал/моль), что связано с большей 2 3 4 удаленностью боковой цепи Ьузз от С-концевого участка молекулы.
Потеря — 8 ккал/моль за счет ослабления контактов Ь3-32 и с-32 лишь частично компенсируется дальними взаимодействиями с-г (-1 ккал/моль), г-Ьз (-1,5 ккал/моль) и Ь2-32 (-0,8 ккал/моль), Для конформаций с формой К-К-К-В-К характерна более жесткая ориентация боковой цепи Тгрз, В низкоэнергетнческих конформациях она принимает только положение Х1 Хг - 60, 90' (11), образуя стабилизирующие взаимодействия с элементами г, 32, 34 (в сумме около — 4 ккал/моль). Конформации этой формы с боковой цепью Тгрз в положении Х,— 180' и Х2 — 90, — 90' (21, 22) проигрывают глобальной структуре более 7 ккал/моль. Меньшей конформационной свободой при форме К'-К2-К3-В4-К3 обладает и боковая цепь Ьузз. Практически во всех низкоэнергетических вариантах она ориентирована в сторону Ь]-конца (у~ — -бО'), Таким образолг, конформации типа К'-К2 — Кз-В4-К3 Офе) уступают по энтальпии и энтропии конформациям К'-В2-Вз — Ь4-К3 (/е/е).
Несмотря на это обстоятельство, нельзя исключить возможность их реализации в сильнополярных средах или при специфическом взаимодействии ионной пары 'г(4Н3 СОО молекулы БПП3 с рецептором, т.е. при значительном ослаблении взаимодействия е-з2. Чтобы лучше оттенить особенности структурной организации природного пентапептида БПП3, рассмотрим пространственное строение одного его синтетического аналога — <О1и'-Ьузз-РЬез — Рго4-Ргоз (]Рго4]-БПП3), Молекулы БПП3 и (Рго4]-БПП3 различаются природой аминокислотных остатков в третьем и четвертом положениях. Одиночная замена в молекуле БПП3 остатка Тгр' на аналогичный по конформационным свойствам РЬез не приводит к изменению активности пентапептида как в отношении ингибирования фермента карбокснкатепсина,катализирующего превращение ангиотензина 1 в ангиотензин 11, так и в отношении расщепления брадикинина.
Что касается негомологичной замены А!а4 на Рго4, то она приводит практически к полной утрате пептидом своей ингибирующей активности и потенцирующего действия. Между тем такая замена не затрагивает ни одну функциональную группу, и поэтому потеря пентапептидом биологических свойств целиком является следствием изменения конформационных возможностей молекулы. После соответствующего фрагментарного анализа решение было сведено к рассмотрению конформаций четырех форм основной цепи пентапептнда, принадлежащих шейпам /еее (К-В-В-В-К и К-К-Ь вЂ”  — К). фее (К-К-В-В-К), /е/е (К вЂ” К вЂ”  —  — К) и ееее (К вЂ” 1;В-В-К) (3].
Распрсде- Табанил ьт 2 лиергетиееекое раеиреяеленне онтнмальныа конфирмаций молекулы !Ргое]-БПП3 0-1 1 — 2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-8 >8 1О 4 !6 17 34 2 2! 29 23 10 261 Наине оптимальных конформаций [Рго4]-БПП5 по величинам относительной энергии приведено в табл. 1П.2. Самыми низкоэнергетнческимн и наиболее представительными являются конформации с формой К-В-В-В-К шейла /еее. В интервал 0-4,0 ккал/моль попадают 15 конформаций этого типа, 10 — /е/е и 3 — фее.
В глобальной структуре [Ргое]-БПП, Й вЂ” В2223-„— В -К ((/,о,„= О) состояния перекрывающихся трипептид- 2 3 4 2 3 иых фрагментов не отвечают их минимальной энергии (у К вЂ” В2223 В„ 3 У г, = 1,8, а у В, 1-В4-К3 У -,„= 0,6 ккал/моль). Однако сочетание именно этих конформационных состояний приводит к возникновению ряда новых Эффективных взаимодействий, в частности между е-аминогруппой лизина Й С-концевой карбоксильной группой пролнна (-3,0 ккал/моль), между гидрофобной частью боковой цепи Бузз и бензольным кольцом РЬез, 1[ополнительный суммарный стабилизирующий эффект в глобальной структуре [Ргое]-БПП5 по сравнению с энергией соответствующих состояний двух трнпептидов равен -5,0 ккал/моль.
Общее заключение, следующее из сопоставления результатов расчета молекул БПП3 и [Рго4]-БПП5, состоит в констатации существенного различия между их структурами и конформационными возможностями. Конформации, являющиеся самыми предпочтительными для одной молекулы, относятся к наиболее высокоаиергетичным для другой. Форма глобальной конформации природного нептида К-В-В-[;К вообще неприемлема для [Рго4]-аналога. Две другие формы предпочтительных вариантов БПП5 К-К-К-В-К ((/,ом = ил,0 ккал/моль) и К- — К вЂ” В-К ((/,о,а =2,2 ккал/моль) также приводят у [Рго4]-БПП5 к высокоэнергетическим конформациям нз-за стерических Осложнений, возникающих при К-состоянии остатка, предшествующего нрол пну, Различие в пространственной организации молекул БППз и ]Рго4)-БПП, касается не только геометрии предпочтительных конформаций. Оно про.
является в динамических конформационных свойствах двух пентапептн. дов, в частности в характере влияния внешних условий на положение конформационного равновесия. У БППз оно определяется главным образом двумя состояниями К-В- — 1.-К (/е/е) и К-К вЂ” К вЂ” В-К (Ще), альтернирующими при изменении окружения, поскольку их относительная стабильность зависит от взаимодействий разной природы (электростатической в первом случае н дисперсионной во втором). У синтетического аналога ]Рго4] — БПП, положение конформационного равновесия не столь чувствительно к внешним условиям; конформационная энергия здесь определяется дисперсионной составляющей, и изменение среды будет приблизительно одинаковым образом сказываться на стабильности всех конформаций.
Таким образом, важная особенность пространственной организации природного пентапептида, по-видимому, заключается в достаточно строгой при определенном окружении детерминации основной цепи и в то же время в возможности целенаправленного перехода к другой форме прн изменении среды. В водной и гидрофобной средах конформации формы К'-Вз — Вз-(.4-К' пентапептида БПП» будут обладать доминирующей энтальпийной и энтропийной предпочтительностью по сравнению с конформациями альтернативной формы. В растворах с большой ионной силой, в которых усиливаются дисперснонные и ослабляются электростатические внутри- молекулярные взаимодействия, образуются ионные пары с анионами я катионами или с полярными группами других молекул; бесспорное преимущество при этом получают структурные варианты формы К-К-К вЂ”  — К.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
