Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 89
Текст из файла (страница 89)
Это может быть достигнуто лишь с помощькз теоретического подхода. Не будем обсуждать все этапы конформациопного анализа каждого Гормона. Поскольку расчет всех нонапептидов выполнен по единому плану, будет достаточно остановиться на одном примере (выбран окситоцин), а затем сопоставить конечные результаты анализа, касающиеся конформационных возможностей четырех нейрогипофизарных гормонов. Изучению пространственного строения всей молекулы окситоцина предшествовало независимое рассмотрение двух ее частей; гексапептидого участка цикло-(Суз' — Сух~) и линейного тетрапептидного Сух~-О!у~- На.
Выше отмечалось, что полученные нами данные для модельного [эединения цпкио-[Суз'-(А!а)4-Суза) значительно сокращают (в — 40 раз) Количество подлежащих расчету структурных вариантов первого окситоцинового участка. Тем не менее его анализ, учитывающий все возможные донформационные состояния боковых цепей остатков между Сух' и Суза. дсе еще остается громоздким и требует фрагментарного подхода. Схема разделения аминокнслотной последовательности окситоцина на фрагменты З! порядок рассмотрения их конформационных возможностей приведены на рис. 1Н, 22.
Конформационные состояния монопептидов, положенные в [!сиону расчета дипептидных фрагментов, представляют собой предпочти'Тельные конформации соответствующих молекул метиламидов Х-ацетил-аминокислот, энергия которых находится в интервале 0-2,0 икал/моль см. табл. 11. 17). Обратимся сразу к результатам расчета циклического ~енса- и линейного тетрапептидного участков окситоцина. Исходные приближения фрагмента никло-(Сух'-Туга-!!ез-О!п"-Азпз- 3 ,'Сух~) сформированы из предпочтительных состояний Суз' — Туг и Туг~- Суза, комбинации которых отвечают 74 циклическим конформациям Моделей молекулы цикло-[Суз'-(А!а)~-Суза). Всего было рассчитано 300 Ф уктурных вариантов участка цикло-(Суз'-Сух~) окситоцина.
Следовально, каждая из 27 форм пептидного остова, обеспечивающая образование дисульфидной связи, была представлена несколькими низкоэнер$етическими конформациями, которые различались между собой ориен,. ациями боковых цепей не только цистеинов, но и других остат[йов. Минимизация энергии при варьировании всех двугранных углов <р, у и 329 у выявила резкую энергетическую дифференциацию конформаций фраг мента цпкио-(Суз'-Суза). Наиболее предпочтительные конформации вось. ми фоРм основной цепи циклического гсксапептида с величинами //,а,„= 0 12,0 ккал/моль были включены в расчет всей молекулы окснтоцина Интересно, что глобальная конформация данного фрагмента имеет форму основной цепи В-В-К вЂ” К-В-В, которая отвечает одной из самых выгод ных конформаций модельной молекулы цпкио-(Суз'-(А!а)4-Суза).
Энергия стабилизирующих невалентных взаимодействий модельного соединеняя в этой конформации равна — 14,6 ккал/моль, причем -7,6 ккал/моль вносят внутриостаточные, а — 7,0 ккал/моль — межостаточные взаимодействия. У конформации гексапептидного цикла окситоцина с той же формой основной цепи и той же конфигурацией мостика 8-8 энергия стабилизации составляет — 42,1 ккал/молви иа долю внутриостаточных контактов приходится -18,5 ккал/моль, а доля межостаточных — 23,6 ккал/моль.
Для окситоцннового цикла величины -7,6 и -7,0 ккал/моль можно рассматривать в качестве максимальных стабилизирующих эффектов соответствующих скелетных взаимодействий, т.е. взаимодействий между элементами основной цепи, включающими группы СДНп и дисульфидным мостиком. Поэтому разности между энергией внутри межостаточных контактов в пептидах никло-(Сух'-Туг! — !)ез-!31п4-Азиз-Суза) и цикло-!Суз' — (А!а)„-Суза) (соответственно — ! 0,9 и -!6,6 ккал/моль) являются минимальными вкладами взаимодействий боковых цепей (точнее, атомных групп прн СдН,) остатков в положениях 2-5.
Значительность этих величин указывает на чрезвычайно большую роль, которую могут играть боковые цепи (иными словами, природа аминокислотных остатков между Суа' и Суз") в выборе структуры гексапептидного цикла. Следовательно, в конформационном анализе последовательностей с Б-Я-мостиком 1-6 необходимо рассматривать все состояния 27 форм основной цепи. Рассмотрим конформационные возможности линейного тетрапептидного фрагмента окситоцина Сух~-Рго' — Ьепа — а!у~-ХНь Известно, что остаток Рго не только сам имеет ограниченную конформационную свободу в областях В и К, но и значительно затрудняет подвижность предшествующего остатка, обусловливая для него энергетическую предпочтительность форм В н Ь.
Поскольку во всех предпочтительных структурах циклического гексапептида значения угла ~ра < 0', то в анализе тетрапептида для остатка Суз принята В-форма основной цепи. Всего для минимизации энергии было составлено 144 варианта фрагмента Суа~-С!у'-! !Нз четырех возможных структурных типов пептидного скелета (еее, ее/, е/е и е//). Как следует нз расчетов, наиболее представителен по числу низкоэнергетических состояний тип основной цепи еЯ; Исходные приближения для анализа всей молекулы окситоцина были составлены соответственно из 8 и 10 низко- энергетических конформаций гекса- и тетрапептидного фрагментов.
Минимизация их энергии по всем двугранным углам основной и боковой цепей свидетельствует о нереальности подавляющего большинства рассмотренных конформаций. В широкий энергетический интервал 0 — 9,0 ккал/моль из 80 состояний попадает лишь 20. Глобальная конформация окситоцииа состоит из самых выгодных состояний гексапептидного цикла и тетра- 330 жептидного участка. Объединение фрагментов в молекулы приводит к иозникновению взаимодействий между ними, общая энергия которых составляет -4,5 ккал/моль.
Новые взаимодействия не нарушают стабилизирующих контактов, сложившихся между остатками у свободных гекса- и тетрапептида. Следовательно,в глобальной конформации окситоцина имеет место полная согласованность всех взаимодействий. Иными словами, форма основной цепи этой конформации, с одной стороны, в максимальной степени удовлетворяет взаимодействиям на каждом отдельном участке окситоцина, а с другой — оказывается предрасположенной к образованию выгодных контактов между всеми участками молекулы. Такой формой обладают еще несколько конформаций, энергия которых выше всего на 1-2 ккал/моль.
Они различаются между собой ориентациями боковых цепей. При одной форме основной цепи цикла возможно также несколько форм у С-концевого участка молекулы. Глобальная конформация имеет четыре пептидные водородные связи (Туг~)ХН...ОС(Азиз), (Туга)СО...НХ(Азиз), (Сузь)(чН...ОС(О!у ) и (Суз")СО...НХ(О1уз) и одну связь между боковыми цепями (О1п4)ХН... ОС(Азиз). Расчет проводили применительно к водной среде, предполагая водородные связи ослабленными. Поэтому их стабилизирующий эффект невелик. Конформационная устойчивость обусловлена главным образом днсперсионными контактами между остатками. Конформационные состояния всех остатков в глобальной конформации отвечают наиболее иизкоэнергетическим конформациям свободных монопептидов. Оптимальные, выгодные положения боковых цепей определяются не стерическими ограничениями, а стабилизирующими взаимодействиями друг с другом и элементами основной цепи.
Поэтому возможны иизкоэнергетнческие и взаимосвязанные изменения конформаций боковых цепей. Наилучшая конформация другой формы основной цепи В'-Кз-Кз-В~ — Вз-Вь — й~-йз-В" (ефесе//) уступает глобальной всего на величину 1,2 ккал/моль. Она построена из конформационного состояния циклического гексапептида с 0,а,„= 1,6 ккал/моль и лучшего состояния тетрапептида (0,а,„= = 0 ккал/моль). Пептидный остов этой конформации имеет Я-образный вид и расположен приблизительно в одной плоскости.
Энергия взаимодействия циклического и С-концевого линейного фрагментов составляет 7,5 ккал/молгд здесь также образование контактов между удаленными остатками не ведет к дестабилизации отдельных участков молекулы. Имеются три водородные связи: (Суза)ХН...ОС(О1уз) (основная цель), (О!п4)ХНз„,ОС(Азиз) (боковая цепь — основная цепь) и (О1п4)ХН...ОС(О1п4) (основная цепь — боковая цепь).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
