Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 86
Текст из файла (страница 86)
В то же время создание 8-Б-связи между Сух!6 и Суззз, как н между Суаз! и Суззз, стерически невозможно. Таким образом, конформационный анализ фрагментов Ме!' — Т)!г~, Сузм-Ьузз~ и Суззб — Суазз сократил количество возможных у инсектотоксина систем дисульфндных связей со 105 до следующих шести (приведены номера остатков Суз) (см. рис, !!1.20): ! 2 — 16 5-19 20 — ЗЗ 26-31, 1 2-16 5-20 19-33 26-31, Ш 2-19 5-16 20-33 26-31, !Ч 2-20 5-16 19-33 26-31, Ч 2-19 5-20 ! 6-33 26-3 1, ЧЗ 2-20 5-19 16-33 26-31. Следующим этапом анализа инсектотоксина 11 явилось рассмотрение конформационных состояний гексадекапептидного фрагмента А!а'"-Суззз и оценка возможностей образования дисульфидной связи между Суззз и Суз'" или Сузза. Ввиду сложности центрального участка Ьу521-1 уз25 расчет этого фрагмента включал большое число стадий. На последней стадии было рассчитано более 100 конформационных состояний А!а'а-Сузз', представляющих собой комбинации низкоэнергетическнх вариантов Су516- Ьуаз', Ьузз!-Р)1е22 и Суззб-Суззз.
В интервал 0 — 5,0 ккал/моль попало только три, а в интервал 0-10,0 ккал/моль — 18 конформаций. В четырех из них атом Сд остатка Суз'3 сближен за счет невалентных взаимодействий менее чем на 10 А с атомом Сд остатка Сух!9 или Су520 (согласно экспериментальным данным, это расстояние при наличии дисульфидной связи составляет -3,8 А при угле 25 5 + 90' и 4,8 А прн )(5 5 !80'). Одна из этих конформаций имеет низкую энергию ((/„бщ - -2,0 ккал/моль), а три других — более высокую (6,5-8,0 ккал/моль). Все попытки образовать у них, как и У дРУгих конфоРмаций с (/„щ ж 10 ккал/моль, днсУльфиднУю связь между остатками Суви и Суз'9 оказались безуспешными. Сближение атомов Б!13!и Б!Ш1 на валентное расстояние приводило к резкому увеличению энергии или вследствие рассогласованности ранее сложившихся стабилизирующих взамодействнй, или из-за возникновения неблагоприятиь1х контактов.
319 Аналогичная ситуация имела место во всех случаях, кроме одного при образовании дисульфидной связи между остатками Сух!3 и Суа" Единственным исключением явилась конформация гексадекапептида с энеРгией (/„б», = 2,0 ккал/моль. Ее ЦиклизаЦиа пРивоДит к такой би. циклической структуре (8(20! 8133) ЯШ5! 513!1), абсолютная энергия которой (-103,5 ккал/моль) близка энергии исходной конформации (-!05,2 ккал/моль).
Из сравнения межостаточных взаимодействий в геометрии остатков в би- и моноциклической конформациях А!а!3 — Су533 следует, что, во-первых, образование второго 8 — 8-мостика не нарушило стабилизирующих контактов предшествующей конформации и, во-вторых, отклонения двугранных углов основной цепи коснулись лишь С-концевого наиболее лабильного трипептидного участка Сузз'-Суззз. На этом участке локализуются и становятся низкоэнергетическими все изменения пептидной цепи, которые неизбежны при сближении атомов 8 на валентное расстояние.
И, наконец, образование связи 8<331-8120п как и 8!25! — 81!па произошло по строго детерминированному механизму, в основе которого лежат конформационные аспекты. Такой механизм обусловлен предрасположенностью фрагмента к формообразованию, автоматически приводящему к сближенностя определенные остатки Суз. Результаты расчета фрагмента А!а'" — Суз" уменьшили число возможных для молекулы ннсектотоксина систем дисульфидных связей с шести до двух: 1 2-16 5-19 20-33 20-31, Ш 2-!9 5-16 20-33 2б-31.
В конформационном анализе фрагмента Ме!'-Су520, однако, не принята во внимание возможность образования дисульфидной связи между остатками Сух!в и Суззз, Была рассмотрена только вероятность образования шести 8-8-мостиков между остатками Сузз, Сузз и Суа'б, Суз'9, Сузз~. Остановимся сначала на результатах расчета фрагмента Ме1' — Суз'б, в пределах которого возможно образование смеси фрагментов с дисульфидными связями Сузз-Суз!б или Сузз-Суз'б. Расчету этого участка инсектотоксина предшествовало детальное рассмотрение конформацнонных возможностей ряда фрагментов меньшей длины (см. рис. П1.20) Кроме отмеченного октапептида Ме11-Т)!гб были рассчитаны ТЪг3-Рго!б (646), Т)1г~ — Азр" (495), Агй" — Ме1'2 (1!35), Ме1!2-О!п!5 (1051), Ме!' — Ргога (148) н Ме!' — Азр" (48), Аг89-О!п" (32) и Ме!'-О!пм (32) (в скобках указано количество рассмотренных вариантов данного фрагмента).
По мере увеличения длины цепи от окта- до гексадекапептида неизменно возрастала энергетическая дифференциация конформаций и, как следствие, уменьшалось число подлежащих анализу структур. Фактически однозначная детерминация по форме и шейпу пептидного скелета, т.е. образование конформационно жесткой нуклеации, обнаруживается у декапептида Ме1'- Рго'0. Из 148 рассчитанных для фрагмента конформационных состояний в интервал 0 — 6,0 ккал/моль попадало только восемь вариантов, принадлежащих шейпу е/е/еЩе и имеющих одну и ту же форму основной цепи. В! Р2 Вз п4 В5 пб пз ра Ва Р50 К расчету гексадекапептида Ме1' — Суз'б ОСтаЛСя Набор из девяти ну- 320 евых приближений, которые различаются лишь состояниями С-концевого пептида О!п<~ — Сух|а.
Минимизация энергии выявила всего три пред° очтительных линейных конформации шейпа е7еуефеф/7'. В самой низкояиергетической из них актуальные для дисульфидной связи расстояния 'Кмели следующие значения (в А); С<и...С«М вЂ” 7,8; 5<0...8«е< — 3,4 и б б <В...С<вл — 7,0; Б<П...Б«ы — 10,9, Образовать дисульфидную связь «далось лишь между остатками Суз< и Суэ'б. Все попытки сблизить 4<статки Сух~ и Сувм приводили к многочисленным наталкиваниям и рас«огласованности взаимодействий задолго до достижения расстояния между атомами 5<п и Я«бр близкого длине валентной связи. В то же время рбразование связи Б<ц-3«а< не нарушило ни одного стабилизирующего «онтакта; величины энергии невалентных взаимодействий у глобальной конформации линейной последовательности Ме<'-Сух м и соответствующей циклической структуры с дисульфидной связью 8<н-8<па практически совпадают.
Найденная конформация фрагмента Ме<' — Сувм имеет форму псновной цепи: В' — Кз-Вз — Ка — Вз-Кб — Кз — К"-Ва — К'в — К" — К<э-К<з-К<4-К<4- «1<а (е/е7еЩ/ефим), которая обеспечивает сближенность большинства осуатков и реализацию между ними эффективных сгабилизирующих взаи1<одействий.
Вклады ближних, средних и дальних взаимодействий в общую конформационную энергию фрагмента ( — 176,0 ккал/моль) имеют стабилизирующий характер и составляют соответственно -53,9, -102,6 и -19,6 ккал/моль. Конформационные состояния всех остатков отвечают самым предпочтительным оптимальным конформациям свободных моноиептидов. Наиболее эффективны в найденной конформации гексадекапептида средние взаимодействия, т.е. взаимодействия каждого остатка с четырьмя предшествующими и четырьмя последующими остатками по цепи.
Форма основной цепи обеспечивает сближенность всех остатков и практически полную реализацию средних взаимодействий в пределах каждого перекрывающегося по восьми остаткам нонапептидного участка (Ме<<-Агйе, Суэз-Рго<б, Ме<з — Азр« и т.д.). Если не учитывать дисульфидную связь Яп> — Бобр суммарный эффект дальних взаимодействий невелик; наиболее значительные стабилизирующие контакты образуют Ме<з с Агйа, Ме«'-, А!а'з и Р)<е с А1а<з. В среднем на остаток энергия межостаточных взаимодействий составляет -7,6 ккал/моль (-6,4 и -1,2 ккал/моль соответственно за счет средних и дальних взаимодействий).
Конформационные возможное~и следующего крупного участка инсектотоксина Ме<' — Суазб были исследованы путем поостаточной генерации фрагмента Ме<'-Суз'". Присоединяемые остатки в каждом случае рассматривались в поле жесткой циклической структуры гексадекапептида в состояниях, отвечающих низкоэнергетическим структурным вариантам фрагмента Сух<а-Суазо. В свободном состоянии пентапептид обладает большой конформационной свободой, и поэтому были опробованы все возможные для него формы основной цепи. Минимизация энергии показала, что структуре Ме<'-Суз<в с дисульфидной связью БП< — Б«е, комплементарна лишь одна форма фрагмента Суз<е-Сух~о, а именно В<л— В<т — К'"-К<а — Кз".
Только в этом случае имеет место полная компенсация отрицательной и положительной энергии электростатических взамодей- П. Проблема белка, т. 3 ствий Аг8" соответственно с Азр" (-2,78 ккал/моль) и с Ме!', Аг8э (+2,70 ккал/моль), а также образование ряда стабилизирующих контактов между удаленными по цепи остатками. Наиболее существенны из них взаимодействия Ме!з и А1а'з с Сузы — Сузгв (-9,5 ккал(моль), Р!зе" с Суэ'"- Суэзв ( — 2,6 ккал(моль) и Рго4 с Сузы ( — 1,0 икал/моль). Интересно, что именно в глобальной конформации участка Ме!' — Сузы сближенными автоматически оказываются боковые цепи Суз~ н Сух'~, для которых образование дисульфидной связи не ведет к заметной дестабилизации ранее сложившихся невалентных взаимодействий.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
