Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 93
Текст из файла (страница 93)
Стремление соблюсти структурное подобие нейропептида и морфина привело А. Бредбэри и соавт. [! 66) к другой молекулярной модели Мег-энкефалина. Одновременно с авторами работ [153, 165) и также методом протонного ядерного резонанса Мег-энкефалин был исследован Ч.
Джонсом и соавт. [149). В работе не исключается наличие в растворах ОМБО и Н10 конформаций разных форм, но доминирующей считается свернутая структура, аналогичная постулированной в [167]. Здесь, однако, предполагается,что при этой форме пептидного остова каждая из боковых цепей Туг!, РЬе и Ме15 представлена, причем со значительным вкладом, тремя вращательными нзомерами. Следовательно, у молекулы Мег-энкефалина возможна реализация 27 приблизительно равновероятных конформаций, имеющих одну форму основной цепи.
Разница в энергии ротамеров близка комнатному значению кТ, а скорость их конверсии — 10 ьз — 10 " с. В работе [149], как и в [153, 165], отмечается близость спектров ЯМР энкефалина в растворах 13МБО и Н10. Более детально конформационные возможности молекул Мег- и 1.еоэнкефалинов были изучены М. Халедом и соавт. [168) методами 'Н- и '5С-ЯМР, УФ-, КД-спектроскопии при различных температурах в большом наборе растворителей и широком интервале концентраций. Показано, что спектральные свойства, используемые для структурной идентификации пентапептидов, существенно зависят от температуры, природы растворителя и концентрации.
Все отмеченные в спектрах изменения объяснены реализацией в растворе двух конформационных состояний энкефалинов, отвечающих свободной и ассоциированной формам молекул, Пептидная цепь мономера представляет собой []1-изгиб с остатками О!у и Р)зе' в центре поворота цепи и водородной связью между ]5[Н Ме15 И СО О!у~.
Такая модель согласуется с предположениями авторов работ [149, 153, !65] и противоречит [166, 169, 170]. Новыми элементами модели явились две дополнительные водородные связи [О!у ) ]5]Н...ОС (Туг') и [Туг ) ОН...ОС [О!уз), закрепляющие основную и боковую цепи тирозина. Кроме того, [5[-конец молекулы стабилизирован эффективными взаимодействиями фенольного кольца, нависающего над свернутой основной цепью.
В работах [149, 153, 165] остаток Туг', напротив, предполагается свободным, что обосновывается опытными данными и физиологической целесообразностью. В концентрированных растворах молекулы энкефалина димери- 343 зованы, образуя антипараллельную ])-структуру с соответствующеи системой водородных связей. М, Спиртс и соавт. [151], исследовав УФ- и КД-спектры Меьэнкефалина в растворе при температурах 5 — 50'С и значениях рН 1-12, при. шли к заключению о чрезвычайной внутренней подвижности молекулы, для которой характерен представительный набор равновероятных и легко переходящих друг в друга конформаций.
Выбор функциональной струк туры происходит, очевидно, в процессе взаимодействия знкефалина с рецепторным центром. Вывод о значительной подвижности всех боковых цепей и пептидного скелета и быстром изменении конформационного состояния Мебэнкефалина был сделан также в работе Р. Деслортерса и соавт.
[171] на основе данных '~С-ЯМР-спектров. Заключения в работах [151, 171] противоречат, однако, результатам исследования внутримолекулярной подвижности нейропептида, проведенного релаксационным методом ЯМР "вращающегося каркаса" [172]. И. Нигашияма и соавт. [173), изучив 'Н- и 'С-ЯМР-спектры Меьэнкефалина с использованием эффекта Оверхаузера, пришли к выводу, что опытные данные ие подтверждаю~ предположения о преимущественной структуре с [)-изгибом и внутри- молекулярными водородными связями. В работе [174] иа основе данных 'Н-ЯМР авторы утверждая>т, что наиболее предпочтительными для Меь энкефалина в водной среде являются конформации, вытянутые вдоль псптидных связей.
Авторы другой работы, также использовавшие метод 'Н-ЯМР [175], пришли к выводу, что наиболее предпочтительной структурой Ьеп-энкефалина в органических средах является свернутая форма с 4 -з ! [)-изгибом, а в мицелярных системах (Я)Б/НзО) — свернутая форма с 5 — з 2 ])-изгибом. Наличием этих двух форм обьяснено эффективное взаимодействие 1.еп-энкефалина с двумя различными опиоидными рецепторами (р- и 6-). Мер и Ьеп-энкефалины являются теми, пока еще редкими линейными олигопептидами, которые удалось закристаллизовать и исследовать с помощью рентгеноструктурного анализа.
Впервые это было сделано Г. Смитом и соавт. ]52, 53, 176). Согласно полученным данным, кристаллическая структура Меьэнкефалина построена из димеров, образующих антипараллельные ])-складчатые листы. Молекулы димера имеют одинаковые конформации основных цепей, близкие конформации боковых цепей остатков Туг и Р)зе, и неупорядоченные, отличающиеся друг от друга состояния боковых цепей остатка Мез (рис.
1П.25,а). Кристаллическая решетка Ьепзнкефалина изоморфна решетке Меьэнкефалина и также состоит из димеров, молекулы которых отличаются ориентациями боковых цепей Туг, Р)зе и 1 еп (рис. 1П.25,б). В кристаллах 1.еп-энкефалина, исследованных позднее И. Карле и соавт. [54, 55], идентифицированы четыре разных конформера, имеющих одинаковое пространственное строение основных цепей и различное положение всех боковых цепей (рис.
П1.26). В других рекггеиоструктурных исследованиях кристаллических энкефалинов [177- 179] наряду с развернутыми структурами были обнаружены также свернутые конформации молекул. Таким образом, данные рентгеноструктурного анализа, полученные в нескольких лабораториях, существенно отличаются от рассмотренных Р и с. Н!.25. Наложение двух кристаллографически независимых молекул Меьэнкефалнна (а) и [еи-эикефааина (Е) [158] Р и с. П!.26.
Четыре конформации молекулы 1.еэ-энкефалина (А-01, образуюшие кристалли ческую решетку [159! ранее результатов физико-химических исследований тех же пептидов. Если первые свидетельствуют о реализации в кристалле главным образом конформаций энкефалинов с полностью развернутыми формами основных цепей, то вторые, несмотря на всю противоречивость их интерпретации,— о доминировании в растворе свернутых форм молекул.
Данный факт легко объяснить, если воспользоваться результатами теоретического конформа- ционного анализа пентапептидных гормонов [157). Расчет показал, что у свободных молекул энкефалинов предпочтительность по энергии ков. формаций со свернутыми формами пентапептидов (см. табл.
1И.21) обус ловлена почти исключительно невалентными взаимодействиями сближен ных в этом случае боковых цепей остатков Туг, РЬе и Ме1 (1 еп). Лучшая оптимальная конформация молекулы энкефалина с полностью развер. нутой формой основной цепи ( — В-В-В-В) проигрывает глобальнон свернутой конформации ( — В-Н- — В) -7,5 ккал/моль, причем проигрыш связан только с отсутствием из-за удаленности противоположных концов цепи стабилизирующих контактов между боковыми цепями Туг и Рйе, Ме~ (Беп), Обнаружить [)-структурную конформацию в растворе среди многих десятков других более низкоэнергетическнх оптимальных конформаций не в состоянии ни один физико-химический метод. Совершенно иная ситуация наблюдается в кристалле, где потеря энергии внутримолекулярных взаимодействий между остатками может быть с избытком компенсирована выигрышем энергии невалентных взаимодействий той же природы между молекулами.
В результате относительная энергия всех свернутых форм резко возрастет, а развернутых — уменьшится и одна из них станет глобальной. Смещение под действием внешнего фактора положения конформационного равновесия является распространенным явлением. Оно имеет место не только при изменении агрегатного состояния, но, что более важно, при гормон-рецепторных, фермент-субстратных и многих других межмолекулярных взаимодействиях олигопептидов, несущих функциональную нагрузку. Молекулы энкефалина являлись объектами многочисленных теоретических конформационных исследований.
Впервые расчет структуры Меь энкефалина был проведен в 1977 г. Дж. Де-Коэном и соавт. [167, 180). На основе анализа 400 структурных вариантов молекулы, сформированных путем комбинации конформацнонных состояний свободных остатков, отвечающих минимумам на соответствующих картах <р-у, выделены 15 конформаций с относительной энергией 0-3,0 ккал/моль. Они имеют как свернутые, так и полностью развернутые формы основной цепи, причем вторые являются более предпочтительными. В наборе низкоэнергетических конформаций на предпоследнем месте оказалась структура с [),-изгибом, предложенная ранее на основе данных ЯМР [149, 153). Ввиду крайне упрощенной методики расчета, исключающей реальную оценку межостаточных взаимодействий прежде всего боковых цепей и нх пространственной ориентации, выводы работ [52, !67] трудно считать достаточно обоснованными. Использованный неконтролируемый подход к выбору исходных конформационных состояний остатков и отсутствие минимизации энергии по углам внутреннего вращения не гарантируют от пропуска действительно низкоэнергетических структур Меьэнкефалина и ошибочного конформационного распределения по величинам энергии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
