Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 84
Текст из файла (страница 84)
На заключительном этапе расчета (см. рис. 1ЬЬ12) уже для целой молекулы тертиапина рассматривались конформационные возможности боковых цепей и коротких Х- н С-концевых участков, расположенных за пределами системы днсульфидных связей. Участок Сг!у!о-Ьуззо-Ьузз! молекулы тертиапина лабилен в интервале 0-6 икал/моль у него имеется восемь различных конформаций основной цепи, относящихся к четырем типам. Бициклическая конформационно жесткая область молекулы состоит из двух а-спиральных фрагментов А!а'-11е'о и 1!е'о-Сукна и короткого нерегулярного участка Сук!е-Сук!к (рис. 1ЬЬ15). Здесь структура основной цепи детерминируется однозначно и подвижность большинства боковых це. пей существенно ограничена в результате их плотной упаковки: изменение углов )(, и )(з большинства остатков приводит к увеличению энергии на 4 ккал/моль и выше Наиболее подвижны боковые цепи Азп4, Агу~ и Ме!". Оптимальная конформация тертнапина имеет 12 внутримо.
лекулярных водородных связей. Восемь из них образованы пептил. ными группами на спиральных участках (.еиз-1!ез (А!а'СО...НХСузз, )-епзСО...НХАзпа СуззСО...НХ1!ез Азп4СО...НХ1!еа, АзпьСО...НХ11ез, Ахп"СО...НХ(1е'а) и Рго" — Мш'з (1!ешСО...НХМе!", ВеьзСО.,.НХСуз'а) Четыре водородные связи образуются между основной и боковыми цепями остатков: СуззСО...к-'ХНз(.узы ТгрмХН...ОС(ХНз)Азпа А!а"ХНз.. ...ОС(ХНз)Азп4, 1 узмСО...е-Х+Нз1.узм. Последние две связи легко разрываются при изменении состояний боковой цепи остатка Азпа и участка О!У'"-!.Узза-(.Узз'. Равновесные РасстоЯниЯ го и водоРоДных свЯзей АзпаСО...НХ11ез и 1!ешСО...НХМеРз, характерных для спирали Зш, увеличены до 2,1 А, а у остальных связей находятся в диапазоне 1,75 — 1,95 А. В найденной для молекулы тертиапина трехмерной структуре (размером -13 х 19 х 20 А) все заряженные группы расположены на поверхности компактной глобулы, удалены друг от друга и направлены в окружающую среду.
Почти все группы С=О и Х-Н погружены в глобулу и образуют водородные связи. Все это результат априорного расчета. Конформация тертиалина ие похожа на структуру рассмотренного ранее апамина, содержащего такую же систему дисульфидных связей, однако отличающегося по функции.
Аминокислотные последовательности апамина и тертиапина имеют разное число остатков и совпадают между собой только на Х-концевом участке (Сух-Азп-Суз). 10,4. МСР-ПЕПТИД МС0 (шпз! се!! дедгапи1абпй)-пептид, как тертиапин и апамин, — минорный компонент пчелиного яда. Аминокислотные последовательности МСО-пептида и тертиапина обнаруживают признаки гомологии (рис. !!1.16), что, по-видимому, указывает на их эволюционное происхождение от общего предшественника. Различие в химическом строении двух пептидов привело к появлению и существенного функционального отличия.
МСР-пептид действует на соединительную ткань. В низких концентрациях (10 ~ мг/кг) он индуцирует выброс гистамина и серотина нз тучных клеток (что отражено в его названии), а лри более высоких дозах (10-з мг/кг) обладает ярко выраженной противовоспалительной активностью (замедляет развитие опухолей, препятствует увеличению проницаемости кровеносных сосудов под действием различных воспалительных агентов и ингибирует синтез простагландина Ен участвующего в развитии вторичной стадии воспалительного процесса). Конформационный анализ МСО-пептида (1О!) строился по тому же плану, что и анализ тертиапина. Расчет включал четыре этапа. На первом этапе проводился поиск компактно упакованных структур (нуклеаций), образующихся на начальной стадии свертывания пептидной цепи.
312 А)п (еи 1 2 Пе (уг. 11 (уа гг Аап р и с. П!.16. Аминакислотные последовательности тертиапина (а! и МРР-пентида (П) Выделены гомологнчныс у ввсткя я указана система аясульфяяив~к связей ФйФ й м,.п яйуг и % ф.м 4~в 2 в. / 2 У 4 ХП 2 (У П УР///2агпУЕУППУПУР Тлпрппеппупйпые гррпеленпуы р и с. 01.17. Шейпы нихкоаиергетнческих конформадий тетралептидных фраглтентов МРР- пептида Участки, инициирующие сборку нативной конформации, были выявлены путем перебора конформаций 19 тетрапептидных фрагментов МСР-пептида. У перекрывающихся по трем остаткам тетрапептидов (.ук"-Пе(4 и Рго'г-Суз'3 в интервал 0 — 5,0 ккал/моль попадают конформации лишь 1-2 шейлов, тогда как у остальных фрагментов — 4-8 шейпов (рис.
П1.17). Глобальные конформации (.уз -Пе'4 (Вы-К г-К, -Кл и Рго — Суз 11 11 1 13 14 13 13 (К г-К, -Кз -К ) оказались идентичными на общем участке. Они пред- 1 13 14 почтительнее структурных вариантов других шейлов более чем на 5,0 ккал/моль, и поэтому можно полагать, что пептидная цепь токсина начинает сворачиваться на участке Ьуз"-Суз(3. Здесь формируется конформационно жесткая нуклеация, состоящая из а-сцирального сегмента. Аналогичная нуклеация у тертиапина образуется на участке Пе'о-Суз'4 (рис.
1П.13). Структуры остальных участков МСР-пептида не детерминируются средними взаимодействиями, и, следовательно, на начальном этапе самоорганизации молекулы лабильны. Выбор конформационного состояния у них определяется взаимодействиями с более удаленными по цепи остатками. В связи с этим дальнейший поиск структуры МСР-пептида осуществлен путем постепенного наращивания пептидной цепи, начиная с участка 1.уз"-Суз'3, с энергетической оценкой возможных конформационных состояний фрагментов постепенно увеличивающейся длины.
Цепь Удлинялась, приближаясь к Х-концу через фрагменты (.уз" — Пе'4 — у Ча)й-Пе'4 — й РП(зк — Пе'4 — у Агяг-Пе(4 — й Агяг-Суз(3 — у (.узй-Сук(1 -у Сузз— -Суз'3. Отбор структур производился в интервале 0-0,6 ккал/моль г' --'1/ ,Р, уз ггу б г Р и с. !П ! 8. Предполагаемый путь свертывания пептндной цепи молекулы МСГмпептнда а — формнрованио и упаковка иуклсаций; б — уклалка первоначально льбильиых участков с одновременным образованием двух дисульфидиьп свазся Сплошнал внииа — участки нолекул с однозначно лстермииироваиной геометрией основной цепи, пуиктирнаа — лабильныс участки, цифрами указаны номера атомов С Р н с.
П!.19. Трехмерная с"груктура молекулы МСП-ззептнда У перечисленных пептидных фрагментов исследовались все возможные конформеры по двугранным углам боковых цепей. Тщательная укладка боковых цепей оказалась необходимой, поскольку в ряде случаев изменение их геометрии, даже небольшое, понижало знергию на б — 7 ккал/моль. В результате анализа у фрагмента Сун'-Суб'5 выявлена тенденция к стабилизации а-спирали в области Субз-Не'о. У ближайших к нуклеации остатков Нгн~, Уа! и!1е'о однозначно определялась К-форма.
На участке Сунз — Агйт единственная структура основной цепи детерминируется благодаря формированию первой дисульфидной связи и невалентным взаимодействиям С- и Х-концевых участков. Образование днсульфидной связи между остатками Субб и Сун'5 сопровождалось повышением энергии на 7 ккал/моль и более. В то же время другая пара цистеинов (Субз и Суз'5) могла сформировать дисульфидную связь в низкознергетических конформациях фрагмента Сузу-Сун'5 при самом незначительном изменении энергии невалентных взаимодействий (< 1 ккал/моль). Эта связь, вошедшая в окончательную структуру МСВ-пептида, образовывается только при трех формах основной цепи с относительной энергией 1,2: 2,6 и 3,3 ккал/моль (см.
выше), которые и учитывали в дальнейшем расчете. Таким образом, у МС)3-пептида образование первой дисульфидной связи существенно ограничивает набор конформаций, но не определяет структуру участка Сунз-Агру однозначно. Только дальние взаимодействия остатков Агй1б, 1.ун" и 11е18 с участком Сун'-Н18" стабилизируют единственную фору!у оз В4 Р5 Рб Рз с!н ову Р10 Р11 )з17 о13 Р14 В15 3!4 цв фрагменте Суза-!!е'а эта форма выигрывает у двух других цикли«еских структур свыше б ккал/моль.
Ее С-концевой участок расположен перед и-спиралью Азпб-1.уз" (рис. 111.18), что обеспечивает сближенность встатков Суза и Сух'У, образующих вторую дисульфидную связь. У фрагзаента Суза-Сузгв в интервале значений энергии О-б ккал/моль имеется иабор конформаций, различающихся формой основной цепи на участке Ахйгб-Суагв. Только одна из этих конформаций обеспечивает образование дисульфидной связи Суз'-Суз'".
При сближении атомов 5 и Сц соответствующих цистеинов ее энергия практически не меняется. В то же время диклизация всех остальных структур приводит к увеличению энергии на й,б ккал/моль и более. Дальние взаимодействия участка Суз'б — 11е'а с остатком Ьуаз, в свою очередь, окончательно определяют значения углов гр, 414 и К последнего. Расчетная структура МСР-пептида состоит из двух фрагментов сг-спирали: Суаб-Ьузгг и Ьуз"-Суз", компактно упакованных Х- и С-концевых участков нерегулярного строения, а также двух лабильных участков Ве' и Суззо — Ьуазг-Азпзг (рис.
П1.19), Плотная упаковка МСР-пептида обусловлена эффективными невалентными взаимодействиями среднего в дальнего порядка, а также следующей системой водородных связей. равновесные расстояния (О...Н) которых находятся в интервале 1,75— 1,95 А. Основная цепь Оеповпая цепь Аапб С=О Субб С=О 1 уаб СМУ Агаг С=О Ьуб" С=О Суа'б СМУ Боковая цепь Ьуб' Ф-н Аьпб Сг=О Агпб СГ=О нц' нб-н Нвб Нб-Н нца нб-н Лгх~б Гбя Ьуг~~ Нс-Н Боковая цепь н-н нна н-ну в Н Х веге Н-Н Ьубп Н-псу " н-ньу" С„С Лгя!б Н-Н Субб Н-Н СуР О=С Су,'б О=С Су " О=С Лбпгг О=С Нгбо О=С 'г'аГв гн5 Шесть водородных связей из 12, образованных боковыми цепями остатков Ьузз, Азп4, Н)за, Агйгб и Ьуазг, могут разрываться при изменении конформации этих боковых цепей.
В результате расчета получена единственная структура МСР-пептида, у которой значения двугранных углов гр, г)г и уг на участке Ьузз-11ега фиксированы. Изменение этих углов приводит к повышению конформациоииой энергии и почти всегда сопровождается существенными наталкиваниями атомов. Значения углов )гз однозначно определяются только у вести остатков: Суза, Сузу, Агйу, Ьуз", Сузгб и 1 уб'Ь Для остальных углов Кз — )/4 боковых цепей молекулы возможны несколько конформаций с относительной энергией Π— 3 ккал/моль. Таким образом, боковые цепи у МСР-пептида более подвижны, чем у тертиапина, где однозначно определялись значения 12 углов уз и даже двух пар углов )1, и у4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
