Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 87
Текст из файла (страница 87)
В принципе возможен н мостик Ям! — Бпш, одн ако его образование сопровождается повышением энергии более чем на !О ккал/моль. Таким образом, независимое рас. смотрение конформационных возможностей фрагментов инсектотоксина Меб-Суззв и А1а'в-Суз" приводит к непротиворечивым заключениям о предрасположенности первого к образованию дисульфидной связи Я!ш — 8пэл а втоРого — к Япш — 80зг Завершающий этап расчета пространственного строения инсектотоксина свелся к упаковке двух жестких структур (перекрывающихся и связанных между собой мостиками Бс >-80Ш и Бра> — Я<зи фрагментов Меб-Суз'" в А!а'а-Суззз) н определению конформациониого состояния С-концевого трипептида О!уз4-Азрз" (см.
рис, 111.20). При объединении двух половин молекулы в единую структуру возникли некоторые стерические осложнения. Тем не менее рассчитанные конформации свобюдных фрагментов Меб-Сузы и А!а'"-Суэзз следует считать комплементарными друг другу. поскольку: !) все наталкивання снимаются при незначительной коррекции двугранных углов нескольких боковых цепей, по существу не изменяющей их прежних конформационных состояний; 2) снятие наталкиваний приводит к образованию новых стабилизирующих контактов. Оптимальное положение трипептидного участка О!уз4-Азрзь выбрано путем количественной оценки всех его низкоэнергетнческих конформаций в потенциальном поле структуры Меб-Суззз.
В табл. 111.16 даны геометрические параметры дисульфидных связей, которые вполне удовлетворительно соответствуют экспериментальным значениям: длине Б-8-связи (2,04 А), расстояниям СД...Я (3,05 А) и СД...Сг (3,8 А при гош- и 4,8 А при транс-ориентациях дисульфидной связи). В найденной структуре инсектотоксина геометрия всех 36 остатков отвечает наиболее предпочтительным конформациям соответствующих свободных монопептидов (СНз — СО!чН вЂ” С'"НК вЂ” СО!чН вЂ” СНз).
Суммарный эффект средних взаимодействий составил -!80 ккал/моль. На некоторых участках последовательности выбор конформационных состояний остатков только за счет средних взаимодействий практически однозначен (особенно в отношении формы основной цепи). В этих случаях соответствующие фрагменты образуют конформационно жесткие нуклеации Ъ' инсектотоксина к таким участкам можно отнести Меб-Рго'в (Мей — Суз'~) и Суэм — Суза'. На других участках последовательности средние взаимодействия сокращают число возможных конформационных сосгояний остатков н определяют для них ограниченные наборы приблизительно равиовероятных структурных вариантов.
Функция дальних взаимодействий по отношению к конформационно жестким по средним взанмодсйствиям Тибвиио И /б Геометрические иврвметры дясудьфндных святей в трехмерной структуре яисектотоксннв 1, Суй Суь16 Суьб Суь39 Сух20-Сухзз СУ$26..Сут31 3,2 3,3 3,0 2,9 2,0 2,0 2,0 2,0 3,2 3,0 3,0 3,9 4,0 4,1 фрагментам сводится к дополнительной стабилизации, а также к большему ограничению свободы боковых цепей и, возможно, к незначительной корректировке формы основной цепи. По отношению к конформационно лабильным участкам последовательности функция дальних взаимодействий заключается в выборе из равновероятных по средним взаимодействиям состояний единичных конформаций, обеспечивающих образование между ними и нуклеациями эффективных контактов, а также сближенносгь комплементарных друг другу нуклеаций.
Так, расчет ннсектотокснна показал, что значительно большей подвижностью по сравнению с нуклеациями обладают в свободном состоянии фрагменты Агя13-(.уз23 и О!у34-Азрзб. Однако когда онн встраиваются в общую цепь, их конформации полностью детерминируются. О высокой степени согласованности всех межостаточных взаимодействий свидетельствует тот факт, что у рассмотренных фрагментов инсектотоксина независимо от их длины конформационные состояния, входящие в нативнукт структуру молекулы, оказывались одними нз самых предпочтительных, а во многих случаях глобальными; их энергия была всегда меныпе, чем у большинства структурных вариантов, отобранных для последующего анализа. В расчете инсектотоксина учитывались внутримолекулярные ван-дерваальсовы, электростатические и торсионные взаимодействия и водородные связи применительно к условиям водного окружения.
Каковы же вклады этих взаимодействий в энергию найденной конформации молекулы? Аминокислотная последовательность ннсектотоксина включает восемь остатков (около четверти всего состава), несущих шесть положительных н три отрицательных целочисленных заряда. Общая энергия межостаточных электростатических взаимодействий равна 36,9 ккал/моль. Дестабилизирующий эффект обусловлен электростатическими взаимодействиями между всеми смежными остатками, вклад которых (65 ккал/моль), однако, можно считать постоянным из-за малой чувствительности этих взаимодействий к конформационным состояниям близко расположенных остатков. Поэтому суммарный эффект влияющих на конформацию молекулы электростатических взаимодействий между всеми другими остатками имеет стабилизирующий характер (-2о,1 ккал/моль). Боковые цепи заряженных остатков обращены в сторону растворителя.
В расчете не были 323 7аблм4а ГП ГУ Эиергия ииусри- и межассесочиык азеимаяейстаий е трекмериой ссрукчуре иисектатоксииа 14 -93,5 -1,0 +14,0 4-27,4 -52,3 -285,5 -12,1 +36,9 иы, им и 67 р и., — 260,7 324 сделаны специальные предположения на этот счет, и такая ориентация положительно заряженных групп боковых цепей Ага~, Ага~у, Агу~~, 1 уа21, 1.уз25, Аьр" и Аврза, а также полярных групп остатков ТЬг7, Т!4га, О!и'4, О!и'5 н 01п30 получена при фрагментарном анализе и учете всех видов взаимодействий автоматически.
Стабилизирующий вклад электростатических взаимодействий заряженных остатков составляет -ЗЗ,б ккал/моль, а дестабилизирующий — +27,2 ккал/моль, т.е. происходит почти полная компенсация противоположных эффектов. При учете электростатических взаимодействий были использованы парциальные заряды на атомах, предложенные в работе Р. Скотта и Г. Шераги [104], и величина диэлектрической проницаемости в = 10 [105]. Ъ'читывая водное окружение, ослабленными предполагались также водородные связи; их энергию при оптимальной длине принимали равной -1,5 ккал/моль. Суммарный стабилизирующий эффект водородных связей составил — 13,1 ккал/моль. Очевидно, что в найденной структуре ннсектотоксина реализуемые 20 водородных связей обусловлены сложным комплексом многих межостаточных взаимодействий, среди которых собственно водородные связи играют незначительную роль.
Общая энергия торснонных взаимодействий в найденной структуре инсектотоксина равна 27,4 ккал/моль, т.е. 0,75 ккал/моль на остаток Из этого следует, что взаимные расположения практически всех атомных групп основных и боковых цепей аминокислотных остатков отвечают минимумам торсионных потенциалов. В табл.!П.17 приведены величины общей энергии внутри- н межостаточных взаимодействий н энергетические вклады отдельных видов взаимодействий. Из данных таблицы очевидно, что доминирующую роль в стабилизации структуры играют вандер-ваальсовы, точнее, дисперсионные взаимодействия.
Опишем предполагаемый путь самоорганизации пространственного строения молекулы инсектотоксина от полностью развернутой формы до нативной трехмерной структуры, опираясь на полученные в расчете данные о конформацнонных возможностях конкретной последовательности я ее отдельных фрагментов. Процесс свертывания полипептидной цепи начинается одновременно и независимо на двух участках с образования за счет средних взаимодействий нуклеаций Ме11-Суз16 н Сузз"-Суз" В результате оказываются сближенными остатки Сузз, Суз'6 н Сузз", Суа Образование между ними днсульфидных мостиков не сопровождается заметным изменением геометрии и, следовательно, не приводит к рассогласованности сложившихся у линейных последовательностей стабилизирующих межостаточных взаимодействий.
Обе нуклеации входят в трехмерную структуру инсектотоксина без существенных изменений. Промежуточный Агй'" — Ьуззз и С-концевой О1узз-Азрзь участки, более подвижные, но обладающие предрасположенностью к формам цепи, комплементарным образовавшимся циклическим нуклеациям, детерминируют свои состояния.
При этом за счет многочисленных стабилизирующих контактов происходит сближение остатков Сузз, Сузы и Сузз", Суззз. Между ними, также не вызывая стерических осложнений, образуются еще две цистеиновые пары. Результаты расчета, проведенного по описанной схеме 1см. рис, П1,20), устанавливают для инсектотоксина 1, следующую систему дисульфидных связей: 1 2-16 5-19 20-33 26-31. Образование каждой пары осуществлялось по одному механизму, в основе которого лежат конформационные свойства природной аминокислотной последовательности Во всех случаях сближенность соответствующих остатков Суз происходила, как и у апамина, тертиапина н МС13-пептида, в энергетически самых предпочтительных конформациониых состояниях линейных участков; создание дисульфидных связей 30>- Бпы и Бпы-Я<зп не только не затруднило, а, напротив, предопределило возможность образования двух других дисульфидных связей. 10.6.
НЕИРОГИПОФИЗАРНЫЕ НОНАПЕПТИДНЫЕ ГОРМОНЫ Рассмотренные результаты априорных расчетов апамина, тертиапина, МС11-пептида и инсектотокснна 1, свидетельствуют о том, что не дисульфидные связи определяют пространственное строение молекулы природного пептида, а. напротив, конформационные свойства линейной аминокислотной последовательности диктуют избирательную сближенность остатков цистеина.
Предпосылки для окислительной реакции атомов серы обусловлены стерической предрасположенностью соответствующих участков пептидной цепи к таким конформационным состояниям, в которых остатки Суз расположены недалеко друг от друга и их боковые цепи имеют необходимую для создания Я-3-мостика взаимную ориентацию. Сближенность Суз в самых низкоэнергетических конформацнях линейных последовательностей достигается за счет согласованных стабилизирующих невалентных взаимодействий между всеми остатками цепи Валентному связыванию атомов э-э предшествует создание на одних участках цепи жестких нуклеаций, а иа других — конформационно лабильиых состояний. Резко отличающиеся по своим конформациоиным свойствам участки выполняют разные функции, в равной мере необходимые для того, чтобы процесс образовании дисульфидной связи совершался быстро, спонтанно и безошибочно. Благодаря нуклеациям он становится не статистическим, а детерминированным; лабильные участки локализуют и делаютнизко- Р н с.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
