Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 92
Текст из файла (страница 92)
В последнее время появились сообщения, указывающие на нх участие в регуляции многих висцеральных систем организма, а именно обменных процессов, системы пищеварения, функции поджелудочной железы и гипотензивном воздейсгвии на сердечно-сосудистую систему [148]. Широкий спектр биологической активности обеспечи.вается многочисленностью нейрогормонов в организме и полифункциональностью каждого из них.
Функциональные спектры известных в настоящее время лигандов опиатных рецепторов часто перекрываются, тем не менее каждый из них имеет свою специфику. Однако полная ясность в этом вопросе, как и детальная количественная информация, пока отсутствуют. Полифункциональность знкефалинов и зндорфинов может свидетельствовать о конформационной лабильности молекул, необходимой для комплементарной подстройки их пространственных структур к активным центрам различных рецепторов [29,149-152].
В то же время имеющееся сходство в характере действия знкефалинов и эндорфинов указывает на возможную близость конформаций общих в ряду этих молекул структурных элементов [!53]. В частности, при исследовании анальгетической активности н ассоциирующей способности различных эидорфинов была установлена решающая роль Х-концевых ароматических аминокислот Туг' и РЬе4 в активации опиатных рецепторов [133]. Формируется представление о том, что одинаковый у всех эндорфинов пентапептидный Меьэнкефалиновый участок ответствен за реализацию многих функций, а количественный эффект и его продолжительность зависят от длины последующей пептндной цепи [124, 133, 154, 155].
Так, длительность анальгезии заметно и систематически снижается в ряду р-, Ь-, уч а-эндорфинов и Ме1-энкефалина; действие [3-эндорфина по сравнению с марфином значительно продолжительнее и для того же эффекта требует в десятки раз меньших доз [125, 156], 339 В 1980-е годы изучение пространственного строения и конформацнон. ных свойств опиатных лигандов, особенно Меб и Ееи-энкефалинов и )з-эндорфина, становится целью многочисленных экспериментальных исследований, а энкефалннов — также и теоретических, расчетных работ Имеющиеся в литературе данные рассматриваются в ходе обсуждения излагаемых здесь результатов конформационного анализа этих соединений, проведенного автором данной монографии и соавт.
(157 — 164). 11.1. ЭНКЕФАЛИНЫ Последовательности Меп и Ееи-энкефалинов (см, рис, 1П, 23) содержат по три аминокислотных остатка с мощными и достаточно лабильными боковыми цепями, число атомов в которых превышает основную цепь, а связи с чем стабилизирующие взаимодействия боковых цепей между собой н с элементами основной цепи должны играть доминирующую роль в структурной организации обоих пентапептидов.Имея в виду это обстоятельство, большое внимание в конформационном анализе энкефалинов было уделено путем варьирования всех возможных конформационных состояний остатков поиску таких стерическнх ситуаций, которые обеспечивали бы сблнженность боковых цепей Туг', Рпе4. Ме1з ((.еп~) и нх эффективные взаимодействия в пределах дозволенных низкоэнергетических форм основной цепи.
Поскольку последовательности обеих молекул отличаются только С-концевыми остатками, рассмотрим лишь результаты анализа Меыэнкефалина. Сопоставляемые с ними данные о пространственном 1 еп-энкефалнна получены аналогичным образом и независимо. Набор начальных структурных вариантов Мебэнкефалина формировался исходя нз геометрии оптимальных конформаций отдельных аминокислотных остатков, известных из расчета соответствующих молекул метиламидов Х-ацетил-а-аминокислот н оптимальных конформаций предварительно рассчитанного нами дипептнда Рпе"-Ме1~. Всего было получено 202 исходных конформационных состояния с 92 различными формами основной цепи, принадлежащими 1б шейпам, т.е. всем возможным в самом общем случае для пентапептида.
На рис. 111.24 представлено энергетическое распределение конформаций, полученных после минимизации энергии при вариации двугранных углов у, ~у, ш и у всех остатков. Из приведенной гистограммы следует, что оптимальные конформации различных форм и шейпов основной цепи, образованные из самых выгодных состояний остатков, существенно отличаются по энергии.
Дифференциация оптимальных структур Меьэнкефалина имеет место не только по шейпам. но и по формам основной цепи н конформационным состояниям. Предпочтительность для данной последовательности структур со свернутой основной цепью по сравнению с развернутой достаточно очевидна, поскольку у свободной молекулы только в этом случае сближенными оказываются боковые цепи Туг' и Р)зе', Ме1~. Шейлы пептидного остова е7Л, Ще, Щ е7уе и7уеу предоставляют возможность для образования в условиях плотнейшей упаковки стабилизирующих контактов между Х- и С-концевыми остатками. Следует отметить, что у последовательности Мер энкефалина, имеющей два смежных остатка б1у, энергетически выгоднос 340 Р и с. П!24. Энергетическое распределение оптимальных конформаций Ме[-аикефалина свертывание основной цепи осуществляется не за счет !х-спиральных К-форм остатков, а путем комбинации иных форм, различных у разного типа структур.
Так, например, самая лучшая а-спиральная конформация полностью свернутого шейла Я/с формой основной цепи ККККК уступает около б,О ккал/моль наиболее выгодной конформации этого же шейна с формой ВНКВ1.. В табл. Ш.21 для !ити самых ннзкоэнергетнческих конформаций разных типов Ме1- н Ьеп-энкефалинов приведены величины энергетических вкладов в конформационную энергию от дислерсионных, электростатических и торсионных взаимодействий и водородных связей. Таблица интересна тем, что демонстрирует неодинаковую природу стабилизирующих сил у конформацнй разных шейпов и, следовательно, указывает на возможность эффективного воздействия внешних факторов на положение конформационного равновесия. Глобальная конформация Мег-энкефалнна ((/,о,а = О ккал/моль) наиболее компактна, так как имеет минимальную энергию дисперсионных взаимодействий.
Следующая за ней конформация шейпад/е ((/ а = 1,5 ккал/моль) предпочтительнее по энергии электростатических взаимодействий и водородных связей. Расчет проведен применительно к условиям полярной среды с использованием диэлектрической проницаемости в = 10 н энергии оптимальной водородной связи (/„= -1,5 икал/моль, 11ри переходе к неполярной среде и гидрофобному окружению уменьшается величина в, увеличивается !/„и, кроме того, понижается значение внутрнмолекулярных дисперснонных взаимодействий 34! Геблпцо щ 2! Относнтельвея ввергая (()м ) я звергетнчезнне вклады ввн-дер-вввлмовых (() ), злектростетнческнх ((г „), торснонвых ((), ) взвнмодейсгвня я водородяых связей (()„) (кквл/моль) у предпочтятельнык оптнмвльных конформеппй резных пгейпов молекул Мег- н ).ео-зякефнчннов Конформвппя Шейп Мег-знкефвлян Вг!звнпгзвг!г ВгзгЕНВгзипг Вгзгнквгз~-згг Вг!!)Л Вгг1 згг 0 -!8,1 1,5 — 12,6 2,4 — 13,3 3,5 — 17,2 41 -1! 5 -1,б — 2,8 — 1,6 О,5 -1,6 г/у /Ое .88У е/ге /уе/ 1,0 — 1,4 -1,1 3,8 -0,6 3,8 3,5 3,5 2,2 2,9 Еле-знкефалян ВггзВНКгзВг! Вгзг(НВгзкгг Вгзгнпвгзьгз В г пььВ л ).з ~ О -19,4 1,9 — 13,5 3,0 — 13,2 2,3 — 19,8 4,5 -13,5 -1,6 -2,8 -1,6 05 -1.6 1,0 — 1,6 — 1,7 3,5 -О, ! е/)у /б'е .ШУ ебе /уе/ 3,7 З,З 3,! 2,6 3,3 342 в стабилизации структуры.
Так, при 8 = 4 и (/„= 3,0 ккал/моль положение конформационного равновесия смещается в сторону структур шейповДГе и Щ которые становятся предпочтительнее еЩ на 3,0 и 1,0 ккал/моль соответственно. Таким образом, расчет приводит к заключению о мобильности структурной организации молекулы Ме(-энкефалина, обусловленной альтернирующим характером внутримолекулярных взаимодействий.
Изменение внешних условий может приводить к перераспределению конформаций в шкале энергии. Следует, однако, подчеркнуть, что при этом никаких новых конформаций в наборе низкоэнергетических состояний не возникает. Расчет показал, что структурные варианты, существенно уступающие лучшим конформациям по величинам (/„эл, проигрывают последним также по энергии всех видов взаимодействий. Поэтому вариация внешних условий не может сместить положение равновесия в их сторону и сделать актуальными в биологическом акте; важное для функционирования пептида перераспределение имеет место только в пределах набора низкознергетических конформацнй, Результаты конформационного анализа Ьеп-энкефалина очень близки расчетным данным Ме(-энкефалнна.
Об этом свидетельствуют данные табл. 11Ь21, в которой сопоставлены энергетические характеристики лучших структур двух молекул. При замене остатка Ме(5 на Ьеп наблю- 5 дается незначительное повышение энергии конформаций типаж(и понижение энергии конформацнй е~е, что должно привести к небольшому различию в положении конформационного равновесия пентапептидов в полярных средах. Результаты конформационного анализа синтетических аналогов энкефалинов рассмотрены в гл. 17. Сопоставим рассмотренные результаты с имеющимися эксперименталь- у5Ыми данными о пространственном строении энкефалинов и результатами теоретического конформационного анализа других авторов. В первом структурном исследовании Меьэнкефалина методом 'Н-ЯМР Б. Роджес и соавт.
[153, 165) пришли к заключению, что в растворе диметилсульфоксида [ОМБО) предпочтительная конформация молекулы имеет свернутую в виде так называемого []1-изгиба форму основной цепи со сбли- 1КЕННЫМИ КОНЦЕВЫМИ ГРУппами ')5]Н5 И СОО и водородной связью между ]5)Н-группой Мегз и СО-группой О!у~. В предложенной структуре большой конформационной свободой обладают дипептидный участок Туг' — О!уз и боковые цепи Туг, Р)1е, Мег, которые ориентированы в среду и не 1 4 5 взаимодействуют друг с другом и с пептидным остовом. Существенный довод в пользу такой структуры авторы видят в близком морфину расположении группы 'НН5 и фенольного кольца.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
