Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 88
Текст из файла (страница 88)
И!.2!. Дисульфицныа моспис и гонг-конфигурации м=2,04, и 3,05и м 3,8651 Р и с.!И.22. Схема конформкционного лиллиза молекулы окситоцнна энергетическими все изменения геометрии пептидной цепи, которые неизбежны прн сближении атомов Б на валентное расстояние. В исследованиях пространственной организации упомянутых цистинсодержащих пептидов не использовалась информация о местах локализации днсульфидных связей. И тем не менее во всех случаях найденные глобальные конформации молекул отвечали геометрическим условиям создания правильной системы этих связей.
Следовательно, можно констатировать, что знание цистеиновых пар не имеет принципиального значения для предсказания на основе теории и метода конформацнонного анализа структур природных пептидов и белков. Учет такой информации може~ существенно сократить число рассматриваемых в ходе анализа структурных вариантов.
При учете локализации Я-Б-мостика конформационный анализ цистинсодержащего фрагмента природного олнтопептида или белка может быть ограничен рассмотрением его состояний только с замкнутыми формами основной цепи. Значительное сокращение объема вычислительных работ не сопровождается при этом снижением требований к строгости решения задачи.
В этом случае для пептида определенной длины необходимо располагать набором соответствующих циклических структур с известными геометрическими и энергетическими характеристиками. Он может быть получен путем количественной оценки сгерической и энергетической предрасположенности всех возможных конформаций модельного пептида того же размера Суз' — (А1а)„2 — Суз" к образованию дисульфидной связи. В работах В.З. Спасова и Е.М.
Попова [106, 1071 оценены конформационные возможности модельных олигопептидов с числом остатков п от двух до шести. При болыпей длине цепи с концевыми остатками Сус предложенный метод становится малоэффективным. Для получения циклических конформаций с учетом геометрических 32б Габлинм П1,78 Энергия анугрн- а межоегаточных неаазмнтных азаамодейетанй а нонформаянях Сувз-(А1а) гСув-" Сув'-Сув' Сув! А1ав Сувз Сув~ Ацз Ацз Сув4 Сув'-А1ав-А1а'-А1ав-Сувв Сув' — А1ав-А!аз А1аа-А1ав Сувв -3,2 -3,5 -7,5 -14,8 -17,7 -6,5 -9,8 -12,6 -15,2 3,0 3 2,3 3 -2,2 33 — 2,5 74 З77 параметров дисульфидных связей была использована процедура, предложенная в работе [108). В уравнение конформационной энергии был включен дополнительный член, описываемый потенциалом Б-Б 3 мои(з бо) +А(г4 "в) 2 2 в=1 где: В = 100 ккал/моль — коэффициент упругости пружины, стягивающей атомы С!3 и Я; г1, г2, гз и гв — переменные расстояния между атомными ПараМИ Я,— ВЛ Се..йп 8Е.,С, С;...С,; Гш, Г20, Гзв И Г40 — СООтВЕтСтВуЮщИЕ равновесные расстояния при значениях угла вращения ()(х 8 = т90') вокруг связи Б,— Бл отвечающих двум минимумам торсионного потенциала — (/(Х~~) = А(г4 — г40)2, где А = 10 ккал/моль (рис.
П1.21). При этой величине параметра А барьер вращения при )(з з = 0 и 180' равен -/ ккал/моль, что соответствует опытному значению. Ориентировочную оценку вероятности образования Я-8-мостика в пептидах Сув'-(А!а)„2-Сув" (н = 2-б) может дать сопоставление величин энергии внутри- и межостаточных взаимодействий глобальных циклических конформаций и соответствующих им структур с развернутой формой основной цепи (!)-складчатый лист). Как видно из табл. 1П.!8, в которой приведены итоговые результаты расчета, образование дисульфидной связи становится предпочтительным по энергии невалентных взаимодействий между остатками, начиная с пентапептида.
Здесь происходит и энтропийный скачок — резкое увеличение конформаций, стерически удовлетворяющих условиям образования Б-8-мостика. Следующее из этих данных заключение отвечает реальной ситуации, касающейся дисульфидных связей в белках. Действительно, известно лишь несколько примеров образования $-Б-связей на тетрапептидном белковом участке, причем почти все они включают остаток О!у. Число связей на пентапептидном участке значительно возрастает. Еще чаще встречаются в белках цистинсодержащне гексапептидные циклы. Однако не известно ни одного случая образования дисульфидной связи между цистеинами, находя- Теплила Ац зр Аминокислотнва ноеведоввтевьность неарогниофизариыа горманов Последовательность Гормон С уз ! — Туга- Вез-01пз-Агпз-Суть-Ргот — 1 е па — О!уз — ННз Суз- Туг — Рве-01п -Аьп -Суз -Рго — Ага — О!у — ННз Сут-Туг — Ие -01п-Агп -Суз — Рго — Ага -0!г -ННз С уз- Туг — Ве -01п -Азп -Суа -Рго — Пе — О!у — Нпа Окситоцин Вазоцрессии Вазотоцин Мезотоции щимися в белковой цепи в положениях 1-2 н 1 — 3.
Найденные наборы структур пента- и гексапептидного циклов с 8 — Я-мостиком существенно облегчают расчет пространственного строения соответствующих природных молекул нли отдельных фрагментов любого аминокислотного состава Так, в случае пентапептидов цикло-[Сузг — 1Х)з-Сузу] из 972 возможных структурных вариантов требуется рассмотрение лишь 33 циклических форм пептидного осгова, замкнутого дисульфндной связью, а в случае гексапептидов цикло-]Суд' — (Х)4-Суза] вместо 2916 — только 74, энергия которых попадает в широкий интервал 0-10 ккал/моль. Данные расчета последнего модельного пептида были использованы в конформационном анализе ряда нейрогормонов 1106, 107].
Аминокислотные последовательности четырех нейрогипофизарных гормонов — окситоцина, вазопрессина, вазотоцина н мезотоцина, пространственная организация которых рассматривается ниже, представлены в табл, 111. 19. Гормоны являются нонапептндами, у которых в первом н шестом положениях находятся остатки цистеина, связанные между собой дисульфиднымн мостиками. Исследование конформационных возможностей каждой молекулы выполнено независимо и полностью априорно Несмотря на близкое химическое строение и наличие у всех молекул дисульфидной связи Сузг-Сузе, нейрогормоны образуются из разных предшественников, имеющих раздельные генетические механизмы контроля. и играют разную физиологическую роль в функционировании различных органов и тканей.
Окситоцин является ключевым гормовом в родовой деятельности, что находит отражение в самом названии пептида. Вазопрессин — основной фактор регуляции функции почек в отношении водносолевого обмена — оказывает антидиуретическое действие. Нейрогипофизарные гормоны влияют на метаболизм. При их введении в организм это проявляется в изменении углеводного, жирового и белкового обмена. Известные количественные характеристики биологической активности двух наиболее изученных гормонов нейрогипофиза — окситоцина и вазопрессина, свидетельствуют об избирательности и эффективности работы гормонов. Вместе с тем они также показывают способность вазопрессина. окситоцнна и, вероятно, других нейрогормонов оказывать при соответствующих дозах влияние на все процессы, спектр которых довольно широк, т.е.
быть в определенной мере взаимозаменяемыми. На основе общих соображений и данных физико-химических методов трудно составить полное представление о характере связи между пространственной организацией нейрогипофизарных гормонов и их функция- ззи. О структурно-функциональной организации пептидов будет подробно рассказано в следующем томе.
Сейчас же мы обращаем внимание лишь на яо обстоятельство, что реализация физиологических свойств этих соедннеяий предъявляет на первый взгляд весьма противоречивые требования к конформационным свойствам молекул. С одной стороны, высокая специфичность влияния вазопрессина и окситоцина на деятельность различных прганов-мишеней, казалось бы, указывает на разное и в то же время детерминированное для каждого из гормонов пространственное строение.
С другой стороны, их полифункциональносгь и способность стимулировать, правда, с различной эффективностью одни и те же процессы требуют конформационной лабильности молекул и наличия в равновесии общих для вазопрессина и окситоцина структур. Очевидно, для понимания !)иологических свойств нейрогормонов прежде всего необходимо знать полные наборы предпочтительных, низкоэнергетических структур, отра(кающих потенцию молекул к конформационным изменениям.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
