Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 85
Текст из файла (страница 85)
Концевые участки МСР-пептида оставались лабильными, поскольку у них имелся набор низкоэнергетических конформаций основной и боковых цепей, различающихся значениями углов гр, г)г и )г~ — )/4. У остатка Суз'", згаходящегося на границе конформационно жесткого и лабильного участ- ков, однозначно определялась величина угла <р, однако угол у мог прини. мать два значения, отвечающих В- и В-формам остатка. Кроме того возможны две близкие по энергии конформации дисульфидной связи Суз'-Суз'~ с разными значениями угла у,.
Почти половина остатков МСР-пептида содержит положительно заряженные группы. Их энер. гию гидратации при расчете не учитывали. Полученная нами структура была оптимальна прежде всего по энергии ван-дер-ваальсовых взаимодействий, т.е. обладала наиболее плотной упаковкой атомов. Тем не менее все заряженные группы автоматически оказались на поверхности в контактировали с растворителем. При этом заряженные боковые цепи участвовали и в эффективных дисперсионных взаимодействиях внутри глобулы. Полученная структура МСР-пептида согласовывалась с имеющимися экспериментальными данными. В ннзкоэнергетических линейных конформациях фрагментов Сузз-Суз'з и 1.уз~-Суз'з определенные остатки цистеина сближались и располагались в пространстве таким образом, что образование нативной системы дисульфидных связей не сопровождалось увеличением энергии.
Расчетная структура МСР-пептида имела только шесть прочных водородных связей с участием ХН-групп основной цепи, поскольку связи с боковой цепью Азп4 легко разрывались при изменении ее конформации. Это соответствовало данным ЯМР-спектроскопии о наличии шести медленно обменивающихся с растворителем протоков пептидных групп. Конформационная стабильность полученной структуры МСР-пептида и высокое содержание в ней а-спиральных участков согласовывалось с данными спектров кругового дихроизма.
рассчитанные независимо трехмерные структуры гомологичных олигопептидов тертиапина и МСР-пептнда имели ряд сходных черт. Гомологичные области Сузз-1!ем (включая атомы Сч Азп4 и Сузы) МСР-пептида и Азп4-Ме!'з тертиапина идентичны по геометрии основной цепи. Здесь находятся два фрагмента а-спирали, относительное расположение которых жестко фиксировано в результате их плотной упаковки друг с другом Даже боковые цепи остатков Н!з"-1!см МСР-пептнда н Агу' — Мебз тертиапина ориентированы одинаково, поскольку у них близки значения углов ~~ В то же время С-концевые участки обеих молекул располагаются по разные стороны а-спиральной структуры, что в основном обусловлено различием в длине пептидной цепи внутри дисульфидного бицикла.
Сворачивание пептидной цепи обеих молекул начинается с образования конформационно жесткой нуклеации, включающей один виток а-спирали РгоН!з-Мес(1!е)-Суз, на гомологичных участках 1!еш-Сузы тертиапина и Еузп-Сузы МСР-пептида. В результате образования нуклеаций первоначально лабильные участки молекул сближались в пространстве и начинали взаимодействовать между собой. При этом у них существенно уменьшался набор низкоэнергетических конформацнй основной цепи.
Единственная структура нз этого набора конформаций, стабилизированных невалентными взаимодействиями, отбиралась после образования двух дисульфидных связей. 10,5. ИНСЕКТОТОКСИН 1~ Аминокислотная последовательность инсектотоксина 1ь выделенного из яда скорпиона, состоит из 26 остатков, в том числе 8 остатков цистеина р02). Как и в случаях апамина, тертиапина и МС1)-пептида, здесь также отсутствовали опытные данные о трехмерной в структуре пептида. Более того, была неизвестна реализующаяся в молекуле система четырех дисульфидных связей. Своеобразие конформационного анализа инсектотоксина 1103) заключалось в том, что поиск его пространственной структуры выполнялся при неполной информации о ковалентной структуре. Согласно конформационной теории белка и термодинамической гипотезе Анфннсена, подтвержденных результатами расчета трех сложных олигопептидов /апамина, тертиапина и МС)3-пептида), анализ линейной последовательности инсектотоксина должен был автоматически и в наиболее предпочтительных нециклических конформационных состояниях привести к сблнженности соответствующие остатки Суз и тем самым локализовать четыре цистеиновые пары.
При многостадийном априорном расчете такого сложгого пептида мала вероятность случайной идентификации единственной системы дисульфидных связей, удовлетворяющей всем положениям теории. Полная схема расчета пространственного строения инсектотоксина показана на рис. 1В.20. Первый шаг на пути к установлению трехмерной структуры молекулы заключался в рассмотрении конформационных возможностей коротких фрагментов, содержащих все восемь остатков цистеина; МеР-ТЬгз, Сух'~ — 1.узы и Сузы — Суззз.
На этом этапе конформационный анализ инсектотоксина должен был ответить на вопрос о предРасположенности выделенных фрагментов к образованию внутренних дисульфидных связей. Используя полученные здесь результаты, затем изучили более сложные участки молекулы МеР-Сузы и А1а'Я-Сузз' и, наконец, всю последовательность. Исходными в анализе инсектотоксина служили наборы оптимальных конформаций свободных монопептидов, полученных из расчета соответствующих метиламидов Х-ацетил-а-аминокислот.
На их основе были рассЧитаны конформационные состояния перекрывающихся дипептидных фрагментов, Низкоэнергетические варианты всех возможных форм основИой цепи и шейпов дипептидов использованы в расчете более сложных участков молекулы. Ниже мы остановимся на некоторых узловых моментах конформационного анализа инсектотоксина.
Завершающая стадия Расчета октапептида МеР— Т)пз заключалась в рассмотрении 130 исходных приближений 18 различных форм основной цепи. Минимизация выявила Резкую дифференциацию конформаций по энергии; в широкий энергетиЧеский интервал 1/,я = 0-10 ккал/моль лопали лишь восемь родственных структурных вариантов. Во всех случаях боковые цепи остатков Сузз и Суаз находятся далеко друг от друга и принудительное сближение атомов еопровождается значительным повышением энергии. Исходные 354 структурных варианта гексапептида Сух'ь-1 укм сформированы из конформационных состояний перекрывающихся по трем пстаткам фрагментов Суз'"-Сузза и А1а'з-Е,узы с //„„,„- 6,0 ккал/моль (см.
рис, 111.20). Они имели 76 форм основной цепи, распределяющихся по 3!7 .Р з р х а Р Р ныл(хм РР)л)лхрммлаа)ллаллслллаахаалалалггл)Рижан Ис( Су ян Р)а Су РЬРСЬс Сасапаавраа цабья)аа)ь(ЬЗ Ььяу(еа(РРССРЬЧЫР(зх(уРЬепррл41аСуцнСуСЬ)ТРаахр Р и с. 1и 20 Схема конформациониаго анализа молекулы инсектотоксина 1, всем в принципе возможным для гексапептида 32 шейпам. Минимизация энергии при варьировании двугранных углов (р, )(Р и )() свидетельствует об отсутствии очевидного преимущества какой-либо формы или шейпа пептидного скелета.
Относительной энергией от 0 до 8,0 ккал/моль обладают 118 конформаций 36 форм основной цепи 20 различных типов, Сближенность атомов Б((а) и Я(10) наблюдается у конформаций следующих трех форм: В'е — В)) — й)а — В'9-Вро (ефе), В)а — В'т-В'"-1.'9 — Взо (еуеЯ н В'е-В'~-В'н-1.)т-В90 (еское). Однако возможность образования дисульфидной связи Бпе)-Б(10) здесь чрезвычайно мала. Все варианты первых двух форм имеют высокую энергию, а у представителей третьей формы создание Б — Б-связи неизбежно сталкивается с необходимостью изменения положения боковой цепи Агй'), что ведет к резкому повышению энергии Конформации последнего типа низкоэнергетичны только у линейной последовательности.
Цикл с дисульфидной связью между Сух)" и Суз'" может быть создан на основе структуры с формами В'"-В'9-1.'"-В'9 (е~е) н В) ь-ьс)т — В) з-)с(9 (еЯ. Состояния шейпа еуе имеют высокую энергию, а образование мостика в случае е)у" сопровождается нарушением стабилизирующих контактов и даже возникновением неблагоприятных взаимодействий. ПоэтомУ мостик 5()е) 809) неРеален, как и 5(м) Бд9) Невозможно образование дисульфидной связи и между смежными остатками Сух)9 и Суз~о (см. ниже).
На малую вероятность 8 — Б-валентного связывания на участке инсектотоксина Суз'"-1 уан указывает также наличие незначительной энергетической дифференциации конформаций. 318 Иная ситуация имеет место у фрагмента Суззб-Суазз. Минимизация 100 Исходных структур 64 шейпов лептидного скелета участка Суз'6-Суз" выявила нх резкое различие в стабильности. В интервал 0-5,0 ккал/моль попадает всего пять конформаций, причем четыре из них, самые пред- ЛОЧтнтЕЛЬНЫЕ (Ввбщ = 0-1,3 ККап/МОЛЬ), ИМЕЮТ ИдЕНтИЧНОЕ КОНфОрМационное состояние на участке Суззб — Сузз!, отвечающее глобальной структуре свободного гексапептида. В самых выгодных конформациях линейного октапептида Суззб-Суэзз участок Суазб-Суз31 представляет собой жесткую нуклеацию, а Суви — Суазз — лабильную часть.
В нуклеации расстояние между атомами Я боковых цепей Суазб и Суам составляет -3,6 А. Образование между ними валентной связи 5-5, т.е. сближение до 2,04 А, сопровождается незначительным изменением геометрии, которое не приводит к нарушению стабилизирующих невалентных взаимодействий, сло,жившихся в оптимальной конформации линейной последовательности Суззб — Суам.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
