Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 81
Текст из файла (страница 81)
скис затруднения. Полученные данные указывают и на малую вероятность замыкания связей 1-15 и 3-11. Во всех найденных структурах ундекапептидного фрагмента остатки Суз' и Суз~ далеки друг от друга и их принудительное сближение вызывает резкое повышение энергии. Ре. зультаты априорного конформационного расчета однозначно свидетельствуют в пользу только одной системы дисульфидных связей: 1-11 и 3 — 15 Расчет показал, что остатки Суз' и Суз~ оказываются сближенными в пяти из семи предпочтительных конформаций, отмеченных в табл. 1[! 11 звездочками. В этих конформациях линейного ундекапептида имеется хотя и слабое (+0,1 ккал/моль), но в данном случае весьма показательное взаимодействие между остатками Сух~ и Суз|, которое указывает на малое расстояние между ними (3-4 А).
Полученные после минимизации пра вариации всех двугранных углов <р, ~~ и у и замыкания цикла величины относительной энергии у пяти циклических вариантов ундекапептида Суз'-Суз" приведены в этой же таблице. Образование связи Я-Б приводит к резкой энергетической дифференциации конформаций. Замыкание цикла в глобальной структуре дает самую предпочтительную конформацию циклического ундекапептида, абсолютная энергия невалентных взаимодействий которой практически совпадает с энергией соответствующей линейной конформации.
Глобальная и следующая за ней низкоэнергетическая конформация циклического ундекапептида имеют одинаковый вид пептидного скелета и близкие формы основной цепи. Следовательно, циклические конформации/е~еуее/е не только намного предпочтительнее конформаций других видов по энергии, но и обладают большей энтропией Сопоставление энергии межостаточных взаимодействий н геометрических параметров линейной и циклической глобальной конформации показывает, что образование дисульфидного мостика не нарушает стабилизирующих контактов линейной конформации.
Замыкание цикла приводит лишь к незначительному ослаблению монопептидных взаимодействий у остатков Суз' и ТЬг~ (на -1,0 ккал/моль) и взаимодействия Т(и 8 с 1 еп'е (на 0,6 ккал/моль). Во всех остальных случаях энергия межоста. точных взаимодействий с точностью до 0,1 ккал/моль осгавалась неизменной. Заметные отклонения двугранных углов у, дг и )( от их значений в линейной глобальной конформации ундекапептида Суз' — Суз" в процессе минимизации энергии при наложении стягивающего потенциала (см.
ниже) между атомами Я коснулись только остатков лабильной части А!а -1.ео'— 9 Суь' . Таким образом, замыкание цикла практически не затрагивает конформационных состояний остатков, входящих в нуклеацию Суа — Тлг . Все 1 а изменения двугранных углов произошли в пределах низкоэиергетических областей и не вызвали существенного нарушения благоприятных контактов. Аналогичная ситуация наблюдается н у другой конформации тина теь га3)е/ее/е ((/,а„-— 5,5 ккал/моль), относительная высокая энергия которой бусловлена транс-конфигурацией дисульфидного мостика. В случае конформаций типа Щ~еЯеее (//„5„! = 11,0 ккал/моль) н еее/еЯесе (//„„„, = я 17,3 ккал/моль) образование цикла сопровождается значительным иска,кением геометрии линейной структуры и повышением энергии.
Следовательно, только структуры шейпа/ефе/се/е линейного фрагмента апамина Сув -Суз оказались предрасположенными к созданию дисульфидного ! 11 Мостика между Суз' и Суз". формирование глобальной структуры началось с гексапептидного фрагмента Суэ -Рго, конформационное состояние которого уже имело 1 6 минимальную энергию. При последовательном переходе от гекса- к окта-, иона- и декапептиду части глобальной структуры ундекапептида неизменно оказывались самыми предпочтительными по энергии, а шейпы основной цепи — наиболее представительными по числу низкоэнергетических вариантов, Достройка глобальной структуры, как позднее и замыкание цикла, происходили без значительных изменений геометрических и энергетических параметров сложившихся конформационных состояний на более коротких участках.
Таким образом, результаты апрно13ного конформационного анализа, полученные для фрагмента Суз' — Суз ' апамина, убедительно свидетельствуют о строго детерминированном механизме укладки пептидной цепи природного олнгопептнда в нативную конформацию со сближенными остатками цистеинов, образуюп!ими дисульфидную связь, а также о согласованности всех видов межостаточных взаимодействий. Следующий этап конформационного анализа апамина заключался в исследовании пентадекапептндного фрагмента Су51 — Суз'5.
Вначале были рассмотрены конформационные возможности пентапептидного участка Сузи-А1а'2 — Агд13-Агд14-Су515 в его свободном состоянии. На основе отмеченных двух предпочтительных конформаций циклическогорндекапептида Сув -Суэ и низкоэнергетнческих вариантов Суз -Суз исследованы 1 11 11 структуры моноциклического тридекапептида Суз -Суз — А!а — Агя, а 1 11 12 13 затем — бициклнческого пентадекапептида Суэ — Суз -Суэ -Суз . Вели- 1 3 11 15 чины относительной энергии рассчитанных конформаций последнего даны в табл. П!.12. Из 12 рассмотренных конформаций пентадекапептида с двумя дисульфиднымн связями семь обладают высокой энергией.
Также маловероятны еще три варианта с //па,„= 11,4; 1б,О и 10,9 ккал/моль. Замыкание циклов в этих конформациях приводит, во-первых, к значительной деформации соответствующих оптимальных структур свободного пентапептида Су511-Суз'5, что ведет к напряжению конформации фрагмента, и, во-вторых, к возникновению между боковыми цепями остатков Агу'~, Агдм и ундекапептидным циклом неблагоприятных контактов, которые нельзя устранить, не вызвав новых осложнений, Из оставшихся двух структур следует отдать предпочтение глобальной, которая более выгодна не только по конформационной энергии, но и энергии электронных взаимодействий в дисульфидных мостиках.
В этой структуре бициклического пентадекапептида геометрические параметры в обеих группах Ся-Б-Б-Сг практически совпадают (различия < О,1 А) с экспериментальными значениями, а оба днсульфидных мостика имеют низкозиергетическую гош-конфигурацию. Сопоставим энергию монопептидных 297 габаица 1П 12 13мзм,ккалумоль Конформацна Вуейп е/ее -е/ее 11,4 -е/е/ 16.0 7,7 /е//е/ее/е — е/е/ 10,9 -е/ее -е/ее е/ее -е/ее е/ее П р н м е ч а н н е Заездочками отмечены конформации с энергией У ~а > 20,0 ккал/моль -е/ее -е/е/ -е/е/ Отнгмнтельнвн энергяя конформацня бяцнклнчеекого н нентадеканеятндного фрагмента Суз -Суз -Суа -Суз анамняа 1 3 11 15 Ки- В„- Км — Кии-  — К вЂ” В„, — В„- К вЂ” Ви- Ви- К вЂ” Вгггг- Взггг- Ви 2 3 4 5 Ь 7 8 9 1О 11 12 11 М 15 - В1г В - ьгггг - Взггг - Вгг -В31 — К -02222 -1 3222-В22 012 К вЂ” Вгиг Ктиг 1-12 -Ви — К вЂ” Вгггг — Кзиг- Вгг Ви К Вигг — Взги - 1-и 1 2 3 4 5 Ь 7 8 9 19 11 12 13 1 ° 15 Кгг-Вгз — К11 Кгги —  — К вЂ” Вз11-Взз —  — ьзг- Взз-Р.
— Вии-Вз,и — Ви -Вм -В -1.игг-Взиг-Вп -Вм -К -9 ил 1-пи-Вгг -В31 — К вЂ” В2221 КЗ222 — 5'44 -Вм -К вЂ” Вгиг — Вигг Ви -Вм -К -Вгги -Взггг 1-и ° ~ежостаточных взаимодействий и значения двугранных углов основных я боковых цепей пентадекапептида Суз -Суз -Суз -Суз с ундекапеп- 1 3 11 15 ядом Суз -Суз, тридекапептидом Суз -Суз -А1а — Агя и пентапеп- 1 11 15 13 !дом Суз -Суз . Сравнение энергетических и геометрических лара- 11 15 петров соответствующих конформационных состояний этих фрагментов езволяет сделать следующие заключения.
1, Образование второй дисульфидной связи Сузз-Суз'5 апамина не нарушает стабилизирующих контактов и геометрии остатков в первой циклической системе. В свободном цикле Суз — Суз, включенном в пента- 1 11 дакапептнд Суз -Суз -Суз — Суз, энергия межостаточных взаимодейст- 1 3 11 15 вий и двугранные углы имеют те же значения, несмотря на то, что остатки второго цикла, прежде всего Агд13 и Агд1~, осуществляют с остатками яврвого стабилизирующие (с б!и" -3,2 ккал/моль) и дестабилизирующие взаимодействия (с Суз' и Суз" +5,б ккал/моль).
Отсутствие заметных изменений в энергии и геометрии Суз -Суз объясняется электростати- 11 веской природой этих взаимодействий, обладающих малым гпадиентом. 2. Сближение остатков Сузз и Суз'5, как и в случае Суз и Суз", происходит за счет невалентных взаимодействий при конформационном состоянии пентапептида Суз" — Суз'5, которое является одним из самых предпочтительных по энергии и энтропии для свободного фрагмента. Все изменения геометрических параметров пентапептнда Су51 -Суз'5 при его встройке в цикл происходят в пределах одних и тех же низкоэнергстических областей потенциальной поверхности.
3. Спонтанное образование двух дисульфидных связей в апамине осуществляется в принципе по одному механизму. В его основе лежат конформационные аспекты. Следующая из расчета детерминация процесса создания дисульфидных мостиков обусловлена предрасположенностью соответствующих участков молекулы к такому формообразованию, которое неизбежно приводит к сближенности определенные остатки цисгеина и к яеобходимой для окислительной реакции взаимной ориентации их боковых цепей. Валентному связыванию цистеинов предшествует образование на одном конце фрагмента конформационно жесткой нуклеации, а на другом- коротком — лабильного участка.
При сложившейся нуклеации и предпочтительной конформации лабильиего участка атомы Я вступают во взаимодействие. У апамина нуклеацию впервом цикле составляет последовательность Суз -Т)зг, а подвижную в часть — А!а"-Суз". Во втором цикле структурно жестким участком является циклический ундекапептид Суз'-Суз", а лабильным — тетрапептид А)а' -Суз'5. Два резко различающихся по своим конформационным свойм савам участка выполняют в создании дисульфидного мостика различные ФУнкции, в равной мере необходимые для того, чтобы этот процесс совершался быстро, спонтанно и безошибочно.
Благодаря нуклеации процесс становится не статистическим, а детерминированным. Конформационно явбильный участок легко реализует и делает низкоэнергетическнми все изменения геометрии пептндной цепи, которые неизбежны при сближении язтзмов Я на валентное расстояние. Непосредственное использование результатов анализа фрагментов чуа -Суз'5 иСуь1-Н15~~-ХН3 для расчета конформаций всей молекулы 299 Тлблшоз!1! 13 Отяосвтельявя ввертяя кояформвций вявмвяа 0,6$$$, ккалумоль Шейп Конфармиви 13 14 15 16 17 $3 — огггз — Взгзг — Вгг Вгзз-В3$1 3-зз О,! — В2223-В3232-К22-В213 — К3$ 1-! 33 Вгзп Вз1п Вп Впз В511 Взз -Впгз — Вззгг-Вгг-В2$3 — В311 Вэз 1ее 4.4 0,3 уег 22 В2322 В3122 В22 В221 В311 В21 Вгзп Вмп-Вгг В221-0311 Взз 5,9 1617%езефее -В2223 — В3122 — В22-В213-В311-ВЗЗ -В2223-В3$22-В22-В213-В311-ВЗЗ вЂ” Вгзгз-Взпг Вп Кгм-Впэ Взз -В321 2-ВЗ 122-Вгг-В2$1-В2$1-~-зз Взпг В31гг Вгг В211-В221 Вз1 еег 3,1 3,5 ее 3,7 5,2 2,4 коиформациониос состояние П р и м е ч а и и е Во всех структурах апамина участок Суз — Аза имеет п 1 2 Э Л 5 6 7 В 6 10 11 12 Вгг- Вп- Вм- Вгпг- — К вЂ” Вз — Вп- К вЂ” Взг- Вп- К ламина сопряжено с рассмотрением множества вариантов Поэтому предарительно были оценены конформационные возможности С-концевого декапептидного участка А!а — Нь» -!5!Н1 В исходных для минимизации 9 18 приближениях структура А1а -Су» отвечала состоянию этого ччастка в 9 15 глобальной конформации Су» — Су»'5, а структура Су»'5-Нга ~-Хͻ— конформациям с энергией от 9 до 6,0 ккал/моль Расчет декапептида привел к заметной энергетической дифференциации его конформацнй, которая в основном отражает стерическое соответствие между низкоэнерГетическими состояниями свободного тетрапептида Су» -Нш — !»!Нз и 15 18 принятой структурой А!а9 — Су»'» В самой предпочтительной конформации А1а -Нга -!»!Нз С-концевой тетрапептид находится а состоянии, которое 9 18 является глобальным для свободного фрагмента Низкоэнергетнчен также ряд вариантов с конформацнями Суз -Ни — )5!Нз шейпа/ее Менее комп- 18 лементарными оказались все свернутые структуры концевого фрагмента ((!у).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
