Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 82
Текст из файла (страница 82)
Конформации декапептида А1а — Н18'8 — !»!Нп использованные в расчете структуры всей молекулы апамина, представляют все шейпы н, за редким исключением, все формы основной цепи фрагмента А!а"-Н»818 — )5!Нз Величины энергии рассчитанных конформаций апамнна, полученные после минимизации по двугранным углам основной и боковой цепей всей молекулы, представлены в табл 111 13 Расчет показал, что положение боковой цепи Агй'4 с (1, 118 — — 60' и )(5, )(4 -180' (3322) наиболее выгодно для декапептида А!а -Нж -)5!Нз и нЕприЕМЛеМО для аПаМина иэ-За Натал- 9 кивання гуанидиновой группы на дисульфидный мостик Су»1-Су»1 Новые предпочтительные ориентации боковой цепи Агй" имеют следующие значения двугранных углов )(1 - -60', уз -60', )(5,,'(4 -180' (3122), ~1 - -60О, )(8 — К4 -180' (3222) и )(1, )(5 — -60О, )(ь )(4 -180' (3232) Результаты теоретического конформационного анализа указывают на возможность реализации у молекулы апамина ряда структур Они различаются между собой конформационными состояниями С-концевого фРагмента СУ»' -Н1818-)5!Нз, котоРые отвечают некотоРым из наиболее иизкоэнергетическнх конформацнй свободного тетрапептида Во всех сл9- чаях структура бициклической части апамина Су» -Су»-Су» -Су» 1 3 11 5 совпадает (за исключением боковой цепи Агй'4) с глобальной конформацией свободного пентадекапептида Образование в единой структч»пе молекулы целого ряда контактов между фрагментами Суз -Су» -Су» и 5 СУ81» — Нгз»8 — !5!Нь энеРгиЯ котоРых У четыРех лУчших конфоРмаЦий Равна соответственно -12,0, -8,0, -9,0, -11,0 ккал/моль, не сопровождается их дестабилизацией Величины суммарной энергии внутри- и межостаточных взаимодействий у конформаций свободного фрагмента Су»'5-Н18'"-19Н» и у соответствующих состояний в предпочтительных конформациях всей молекулы практически совпадают Это свидетельствует о том, что в найденных структурах апамина имеет место согласованность между всеми видами взаимодействий Из-за отсутствия кристаллической структуры апамина не представляется возможным сопоставить рассчитанную аЬ 1ппю конформацию октадекапептида непосредственно с данными прямого эксперимента В литературе описано лишь несколько пространственных моделей, построенных 301 Таблица г/144 Пред именные нросгранстаелные моделя молекулы аяамнна Вз Суз Азо 2 В22 Вгз Вгэ Вгэ к, в, Суз Вгггг Кгпг Вгггг Вгггг В2722 Вуэ А!а Рго ь в „ Взээ Вэи "эи Взи 6!и Кз, Вз~ Вз! Вя Взз 7аблпци И! 4 Предложенные просгрвнсгвенные модена молекулы апамнна А за „1О В32 дзг Пэг ~32 СУзи В, Кз Вг Кг Аза А 13 В2223 ~222! ~2223 В2221 ~2223 ВЭ222 Э'3222 ~3222 пзггг Суз 15 Кэ Пэпз Виз "из В213 пгэг Пгээ йзп12 Пэээ пзи "эи Вэи пзи и Взз Ви Взз в на основе результатов исследования спектров ЯМР и КД молекулы Поскольку наблюдаемые спектральные характеристики значительно уст).
пают по количеству описывающим структуру переменным и, к тому же далеко не всегда поддаются однозначной трактовке, то для построена~ структуры дополнительно привлекаются атомные модели, алгорнтмн предсказания вторичных структур и всякого рода косвенные соображения Очевидно, такой подход лишен предсказательной силы, а поэтом) рассматриваемое ниже сопоставление рассчитанной априорно геометряа апамина с так называемыми экспериментально найденными структурама молекулы не может иметь контрольной функции и лишь преследует целз оценить последние с позиции предложенной автором н использованной з анализе пептида конформационной теории. Известные "экспериментальные" структуры апамина и рассчитанная а8 )п)1)о конформация молекулы, выраженные через идентификаторы а шейпы пептидного скелета, представлены в табл.
111.14, Приведенные з таблице данные [за исключением первой колонки) отвечают значениян двугранных углов <р, ~у н )[, полученных К. Фриманом и соавт. [90] прв минимизации энергии. Исходными приближениями служили структурньп модели, предложенные в работах [72, 81, 91, 92), За нулевые конформационные состояния боковых цепей, оставшиеся неопределенными з экспериментальных исследованиях, были приняты среднестатистические ориентации в белках, трехмерные структуры которых известны [93).
При конструировании пространственной модели апамина, как и тер. тиапина, МС)7-пептида и секапина, Р. Хидер и У, Рагнарссон [91] использовали предсказательный алгоритм вторичных структур П. Чоу и Г. Фасмана [94] с параметрами М. Левитта [95]. После структурной идентификации локальных участков цепи рассчитывался спектр кругового дихроизма, добиваясь совпадения с наблюдаемым спектром путем коррекции содержания вторичных структур. Расчет выполнялся при значениях эллиптичности а-спирали и беспорядочного клубка, полученных РЬ Гринфилдон и Г. Фасманом [96], и [)-изгиба — С. Брахмачари н соавт. [97].
Оконча. тельная структура состояла из неупорядоченного нонапептидного Х-кон. цевого участка и такой же длины а-спирального С-концевого участка. Модель апамина Хидера и Рагнарссона нельзя признать правдоподобной. поскольку она получена прн многочисленных неконтролируемых или заведомо спорных допущениях. С определенностью можно сказать, что предложенная модель имеет высокую энергию, исключающую структур. ную самоорганизацию молекулы.
Об этом свидетельствует хотя бы тот факт, что значения <р, у трех остатков [Азп~, Ьуз", А1а ) попадают на коиформационную карту <р-у в области с энергией > 10 ккал/моль. Предсказательные возможности подходов к идентификации вторичных и супер- вторичных структур, подобных использованному в работе [91], подробно обсуждаются во втором томе настоящего издания [98. Гл.
8-10). В,Ф. Быстров и соавт. [72, 92] построили свою модель апамина, отличную от модели Р. Хидера н У. Рагнарссона [91]. Они исходили главныя образом нз одномерных спектров протонного ЯМР н атомных моделе~~ Дрейдинга. Благодаря сильному перекрыванию сигналов авторам не удалось однозначно идентифицировать пики, принадлежащие остаткам Сух а Суз з, Агй и Агй, О!и и О!и .
Для остальных звеньев цепи были опрем !3 |4 . м |7 делены двугранные углы д|, )(, (точнее, от одного до четырех значений ля каждого из них) по эмпирическим карплюсовским зависимостям 1ин сн =7[д|), установленным ранее [99]. В качестве вспомогательных данных использованы рН-зависимые химические сдвиги, а также спектры КД. На такой экспериментальной базе можно было построить множество моделей октадекапептида с двумя дисульфидными связями. Авторы [72, 92] ограничились лишь одной из этого множества, которая содержит р-изгиб (1-5) н а-спираль (6-17).
Не внесло качественных изменений в предложенную В.Ф. Быстровым и сонат. [72, 92] модель апамина привлечение Д. Уэммером и Н. Колленбахом двумерного ЯМР [81]. Скорее наоборот, использование сочетания 1-корреляционных спектров с ядерными спектрами Оверхаузера привело к структуре, в которой трн остатка (Суз', Рго~, О!п~) находятся в напряженном состоянии, а их конформационные точки (д|, д) на карте д|-|у попадают в область высокой энергии. В значительной мере случайна также модель апамина, предложенная в работе [90].
На какой основе она была сконструирована осталось неясно; сказано лишь, что значения двугранных углов были взяты из моделей Николсона. Молекула апамина в силу се конформациониой жесткости может считаться почти идеальной моделью для изучения трехмерной структуры с помощью физико-химических и корреляционных методов и рассматриваться как критерий их информативных возможностей. Представленные выше результаты использования экспериментальных н эмпирических подходов (табл. 111.14), по-видимому, позволяют заключить, что эти возможности в решении проблемы структурной организации относительно сложных пептидов все еще остаются весьма ограниченными. Любую из предложенных четырех моделей апамина, к построению которой были привлечены физико-химические методы и предсказательные алгоритмы, трудно отнести не только к строго доказанной, но и достаточно вероятной.
Об их неадекватности реальной конформации апамина свидетельствуют высокая энергия взаимодействия валентно-несвязанных атомов и наличие между ними существенных различий, особенно касающихся Х-концевой половины аминокислотной последовательности. 10.3, ТЕРТИАПИН Тертнапин, как и апамнн, — минорный компонент пчелиного яда. Этот пептид, состоящий нз 21 амннокислотного остатка (рис.
П1.12), в том числе четырех остатков цистенна, образующих дисульфидные связи Сузз — Суа|4 и Суз' — Суз'з. Тертиапин действует главным образом на нервные клетки, изменяя скорость спонтанного высвобождения медиатора из пресинаптических окончаний, что, как полагают, обусловлено ингибированием активности регуляторного белка кальмодулина, с которым тертиапин специфически связывается. Результаты физико-химических исследований свидетельствуют о наличии у пептида компактной глобулярной структуры, стабильной в широком интервале значений рН, температуры и при изменении полярности растворителя. Важную роль в стабилизации пространственных г з ь ! г„ ь ! е ь ю и 1г 1ь г~ ьь гь ьт ге !ь ге г! А)л!лв Суь АьпСуьАьп Агу 11е.))е.11е Рте Нв Нег Суь $ге 'ьуь"Суь Суь С1у.!.уь ьуь ( -( п1~ !е1 Р и с.
П!.!2. Аминокислотиая последовательность н скема конформацнанного анализа молекулы тертиапина структур играет система из двух дисульфидных связей, восстановление которых приводит к денатурации молекулы. Расчет пространственного строения тертиапина, выполненный А.Л. Ломизе н автором данной монографии 1100], по времени следовал за расчетами апамина, брадикининпотенцирующих пептидов и ряда других объектов и учитывал накопленный опыт. Результаты предшествующих работ, в частности, показали, что большое значение в конформационном анализе сложных пептидов приобретает вопрос о рациональном способе разбиения последовательности на фрагменты, позволяющем максимально ускорить поиск пространственной структуры и получить наиболее надежные результаты.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
