Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 80
Текст из файла (страница 80)
ным, причем стерически разрешенными или самыми предпочтительными становятся только взаимодействия между определенными парами остат- вов Суз. При априорном многостадийном конформационном анализе вяоягного пептида автоматический приход на завершающем этапе расчета в наиболее низкоэнергетическим конформациям линейной последовательиости с близкими контактами между остатками Суз, образующими по химическим данным дисульфидную связь, можно ожидать только при справедливости всех положенных в основу расчета положений теории и правильном количественном описании конформационного состояния молекулы.
Предсказать заранее конформацию пептидной цепи. ведущей к нужной взаимной ориентации остатков Суз, не представляется возможвьпч, В этой связи интерес представляет априорное исследование пространственного строения и конформационных возможностей таких сложных влигопептидов, как апамин, тертиапин,МС1З-пептид и инсектотоксин 1ь Однако только проверкой достоверности результатов анализа не исчерпывается значение изучения конформационных возможностей молекул таких соединений. При правильности определения их структур полученные данные будут мощным импульсом движения к главной цели — проблеме структурной организации белков. Существование достаточно стабильных конформаций. которое наблюдалось даже у сравнительно небольших брадикининпотенцирующих пептидов (БППм БППз, БППю) и ангиотензина, позволяет сделать существенное, далеко идущее предположение о возможности образования на некоторых участках белковой последовательности только под влиянием средних взаимодействий конформационно жестких структур — нуклеаций.
Поскольку свертывание полипептидной цепи в компактную глобулу невозможно, если она состоит только из созданных средними взаимодейстщами нуклеаций, то логично допустить, что в белковой последовательности наряду с ними имеются также конформационно более лабильные участки, В этом случае взаимодействия между остатками внутри того или иного фрагмента выделяют не единичные конформационные состояния, а более или менее ограниченный спектр приблизительно равновероятных (по средним взаимодействиям) состояний. Развивая дальше эту мысль, йожно предположить, что учет средних взаимодействий в белковой цепи приведет к идентификации нуклеаций и конформационно пабильных участков. Свертывание цепи в глобулярную форму происходит под действием дальних взаимодействий.
Их функция по отношению к нуклеациям заключается в дополнительной стабильности и корректировке конформациониых состояний некоторых боковых цепей, а по отношению к лабильным фрагментам — к выбору из наборов равновероятных по средним взаимодействиям состояний единственных конформаций, обеспечивающих сближенКость комплементарных друг другу нуклеаций. Доказательство справедливости предположения об образовании нуклеаций и о согласованности всех виутримолекулярных взаимодействий в глобуле имеет принципиальное значение для решения структурной проблемы белка, так как в этом случае становится возможным представить проблему в виде последовательно решаемых проблем ближних, средних и дальних взаимодействий Молекулы цисгинсодержащнх олигопептидов — апамина, тертиапина, СЬ-пептида и инсектотоксина 1~ представляются удобными объектами для проверки высказанного предположения о согласованности всех взаимо- 10* 291 действий в белке.
Их аминокислотные последовательности сложны и включают конформационно жесткие и лабильные участки. В формирова. нии структур здесь принимают участие не только средние, но и дальние взаимодействия. Расчет дает возможность количественно оценить вклады этих взаимодействий, выяснить соотношение между ними и проследить иа простейших по сравнению с белком, но в принципе аналогичных примерах укладку цепей в нативные структуры. Перечисленные молекулы позволяют также рассмотреть актуальный для белков вопрос о роли дисульфидных мостиков в пространственной организации пептидов, о побуди тельных мотивах и механизме их образования.
Конформационный анализ бициклических апамина, тертиапина и МСР-пептида и полициклического инсектотоксина 1~ выполнен для линейных последовательностей без учета Б-Б-связей. В соответствии с термодинамической гипотезой Анфинсена и теорией структурной организации белка (см. гл. 2), будем считать, что механизм свертывания этих сложных олигопептидов является ие статистическим, а статистико-детерминистическим, причем стерически возможными или предпочтительными становятся взаимодействия только между определенными парами остатков Сух, Расчет всех молекул строился таким образом, что его результаты должны были опровергнуть или доказать справедливость представления о том, что определяет конформацию молекулы не образование дисульфидных мостиков, а, напротив, детерминированные состояния различных участков цепи, взаимодействия между которыми диктуют избирательную сближенность цистеиновых пар.
При априорном многостадийном конформационном анализе пептидов из 18, 21, 22 и 36 аминокислотных осгатков случайная сближенность цисгеинов практически исключена. Поэтому автоматический приход на завершающей стадии расчета каждого пептида к самым низкоэиергетическим конформациям линейной последовательности молекулы с близкими контактами между соответствующими остатками Суз будет одновременно свидетельсгвовать о наличии согласованности всех видов межостаточных взаимодействий в глобальной структуре (одно из основных положений конформационной теории белка), справедливости термодинамической гипотезы образования дисульфидных связей, адекватности использованных в расчете потенциальных функций реальным атом-атомным взаимодействиям и, наконец, о правильном решении всех конкретных структурных задач.
10.2. АПАМИН Апамин, оказывающий сильное токсическое действие на центральную нервную систему, был впервые выделен в 1965 г. Е. Хэберманном и К. Рейцем из яда пчелы (74, 75). Его химическое строение установлено Р. Чиполини и соавт. [76]. Оказалось, что молекула апамина представляет собой октадекапептид, включающий четыре остатка цистеина, которые образую~ два дисульфидных мостика Суз'-Суз" и Сузз — Суз'~ (рис. 111.10) Спонтанное реокисление полностью восстановленного пептида при рН 8,5 и температуре 25'С происходит достаточно быстро (хотя и не с 100%-ным выходом) и приводит к полной реставрации его нативной конформации 292 Р и с.
Ш.!0. Аминонисяотная последовательность апамина Первые исследования зависимости между структурой апамииа и его функцией проведены Дж. Винсентом и соавт. [77) и К. Гранье н соавт. [78). Изучение различных физико-химических свойств апамина указывает на то, что молекула имеет жесткую бициклическую структуру [79-83). Она сохраняется практически неизменной в широкой области значений рН, мало подвержена влиянию природы растворителя и химической модификации боковых цепей ряда функциональных остатков [79].
В работах К Гранье и соавт. [78) и А.И. Мирошникова и соавт. [79) показано, что для проявления нейротоксичности апамина критическими являются два остатка [Агй'5 и Агй ). Синтетический апамин по своей биологической активности, структуре и другим свойствам, как и следовало ожидать, полностью идентичен природному [84). Теоретический конформациониый анализ аЬ 1пьйо апамина, проведенный П.Н. Мельниковым и автором данной монографии [85 — 89), был разбит на четыре этапа, в каждом из которых использовались результаты предшествующего.
В свою очередь, этапы делились на целый ряд последовательно решаемых стадий [рис.!П.11). Первый этап включает рассмотрение конформационных возможностей ундекапептидного участка Суа'-Суз~, чему предшествовало решение конформационных задач для д)~-, три-, тетра- и т.д. пептидных фрагментов, полученные здесь )аезультаты и независимое исследование пентапептидного участка Суз -Суа 1 15 послужили на завершающей стадии второго этапа основой для конфо15- ИЯЦионного анализа пентадекапептидного фрагмента апамина Суз'-Суз 5.
Третий этап состоял из расчета С-концевого тетрапептида Суз -НВ 15 1В яяачала в его свободном состоянии, а затем во взаимодействии с конфор- 293 снь-Аьп-сйу-п)з-А)п-Рго-с1и-т)зг-А1аа-ми-суа-А1а-Ауй-Агс-суь — 61а-61а-иь З а з а и И Зт ЗЗ За ЗБ За ЗУ . За Р и е.!ИЛ Ь Схема конформалионного анализа молекулы апамина мациями пентадекапептидного участка Сул'-Сух'~, полученными на втором этапе. Наконец, четвертый этап заключался в уточнении структуры апамина путем повторного рассмотрения конформационных состояний боковых цепей остатков в потенциальном поле всей молекулы, Кратко остановимся на наиболее интересных моментах каждого этапа. В табл.
1П.11 представлены величины относительной энергии 1)„ом предпочтительных конформаций ундекапептидного участка Суаз-Суз", полученные на основе детального рассмотрения пространственного строения большого числа составляющих его фрагментов (рис. 111.11). Глобальная структура (Суоо — — О) четко делится на два различных по своим конформа. цнонным свойствам участка: Сух'-Т)зга и А!аа-Суз". Первый образует в значительной степени автономную от остальной части фрагмента ! и Суз -Суа конформационно жесткую нуклеацию, которая стабилизирована эффективными взаимодействиями между входящими в нее остатками Рассмотрев возможное пространственное строение линейного ундекапептидного фрагмента апамина, авторы работ (76 — 80) подощли к наиболее интересному этапу исследования — оценке стерической предрасположен.
ности рассчитанных конформаций к образованию дисульфидной связи В 294 Таблшгв !!! !1 Отяосятвльявя Энергия лняеяных и цнквячсскнх конформацня фрагмента Сув -Сув вивиана 1 Н 1г„„нкк ! шсил Конформацив Линейный ундекапенншд !еже!ее!с — Вц1- В11 — Š— Кзг — Вг — Кз, 1- Вц- К - Вм- Вг Кг Вгз Кг йгггг Кэ К13 КЗ К2222 Кг — йц- Кз — Кгггг —  — К вЂ” К311 — В,з —  — Взг — Вз В,-ВО-В,-К„„-В -й -йц,-В„-В -ВЗЗ-В; Циклический ундекалептид гете ее 7,4 ! К22 — В23 — КЗ вЂ” К2222 —  — К К22- В23- К2 — К2222-  — Р. йгг Вм йг Кгггг- — й -Вм,-В„-К -В;ц-В;,-В Взц Вз1 -В„-В„ — 1 32- Взз К32 1 33 уе~Е~Гее~е /угз'еууеее еееусуУеее йп йц йэ ймм — В -й — Кзц-Вц-В -Взг — Вэг Взз Взз- Вг — Кзпг  — К вЂ” Кз11- В22 —  — Вз2- В21 П р н м с ч а н и с.
Звездочками отмечены конформации со сближенными остатками Суз' и Суз ". ~е~е~еуге угне7уеуе ДЩеее ! К2 — В21- КЗ вЂ” К2222 1 2 3 4 К2 В23 К2 К2222 Кг — Вгз йз — йпгг — Вэ- Ке —  — й -В -К вЂ”  — К - — й -Вцз-Вз1-й -Взг-Вз 7 3 9 10 и' — Вцг — Вэг —  — Ец — Вз -Вцз Взз-К вЂ” Кзг-1.3 0 2,0 3,6 2,0 0,5 3,3 0 55 7,4 1 1.0 17,3 молекуле апамина, содержащей остатки цистенна в 1, 3, 11 и 15-м по.
ложениях, возможны три системы дисульфидных связей: 1-3, 11-15; 1-11 3 — 15 и 1-15, 3-11. В процессе многоступенчато~о подхода к выясненназ конформационных состояний фрагмента Суз' — Суви не было сделано нв одного предположения о реализации той или иной системы, Образование дисульфидных связей 1-3 и 11-15 исключается, поскольку замыкание боковых цепей в первой цистеиновой паре встречает серьезные стериче.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
