Попов, Демин, Шибанова - Проблема белка. т.3. Структурная организация белка (947296), страница 99
Текст из файла (страница 99)
Повышение энергии при переходе от структур 1 и 3 к структурам 2 и 4 — 10 связано главным образом с потерей стабилизирующих контактов между 1ч- и С-концевым остатками, т.е. с ослаблением дальних взаимодействий. В глобальной конформации энергия взаимодействия удаленных по цепи фрагментов Тугз-Ме1 4 с Рго'з — Уа!'з составляет около -8,5 ккал/моль.
В конформациях 2 и 4-10 Х- и С-концы удалены друг от друга и стабилизирующих контактов между собой не образуют. В отношении средних взаимодействий все приведенные в табл. 111.25 оптимальные конформации приблизительно экви- 363 Таблице !!!.25 Конформацнонная энеренв, икал/моль № и/и Шейп Конформацня 27 „!7, 27 27 е77" уее ел уеу ~ — ДГееу' — ~ е77" Ю еу!" еуу" ~0"Ю вЂ” ~ Ф уеу Ш !реут уеу" 10 Низкоэнергетнческне оитямавьные конформации молекулы а-мелвнотроинив В22К1К12К222К31К23ВЗВЗ322В31КВ2122ВВЗ В22К1К12К222КЗ1К2ЗВЗВЗЗ22КЗ! НВ2322ВВ1 К22К1К! 2К222К31К23ВЗВЗЗ22ВЗЗКВ2122ВВЗ В22К!К12К222КЗ!К2ЗВЗВЗЗ228311.В!222КВЗ В22К1К12К222К31К23ВЗВ3322В31!.В1222КВЗ В22К1К12К222КЗЗКЗЗВЗВЗЗ22ВЗЗНВ1222КВЗ В2281К12К222К31К2ЗВЗКЗЗ22КЗЗВВ1222КВЗ В22К1К12К222КЗ1К23ВЗКЗЗ22КЗЗКВ1222ВКЗ КЗЗК1К12К222К31К2ЗВЗК3322КЗЗВВ1222КВЗ К12В1ВЗ2К222КЗ! КЗЗК2К1222К21КВ1222КВЗ 0 — 81,1 5,4 10,4 9,3 -72,0 5,5 10,4 1,1 — 80,5 5,2 11,0 8,9 -71,6 7,3 7,8 8,1 -73,1 6,9 9,2 8,9 — 712 7,4 7,3 Кб — 73,3 6,7 7,7 9,9 — 70,4 7,6 7,3 9,0 -71,7 6,3 9,1 9,8 -72,4 5,2 11,7 Х,.г„.таьЬ,.Хг ° а ХМЗ,.Я„ХЛАЛ ГЗ, М.Ч Г ХН, э э э.а 7 э з за и зг зэ 1З р и г и!д7.
Схема конформацнонного анализа молекулы а-мелаиотролина быка валентны. Поэтому можно ожидать увеличения конг]юрмационных возможностей молекулы а-МСГ при взаимодействии с различными рецепторами и проявления стереоспецифичности. В той же мере конформации 2 и 4-10 могут оказаться актуальными при встройке последовательности амелаиотропина в полипсптидную цепь или при изменении природы блвжайших остатков по обе стороны фрагмента Меэ-01у . В самых низко- |О энергетических структурах а-МСГ [1 и 3) боковыс цепи 01из, Агдэ и Ьуэ' ' ориентированы от молекулы в среду.
Такая направленность ионогенных групп, найденная с помощью построения соответствующих сечений потенциальной поверхности и минимизации, получилась автоматически в наиболее низкоэнергетических и компактных структурах молекулы а-МСГ. Боковая цепь 01п близко подходит к боковой цепи Агя и удалена от 5 8 1-уз Имеющиеся экспериментальные исследования пространственного строения адренокортикотропина и а-меланотропина касаются работ по КД и ЯМР-спектроскопии и флуоресцентному анализу. Ни один из этих методов не привел к ясному, обоснованному количественному представлению о структуре молекулы а-МСГ, а лишь позволил авторам высказать ряд соображений о некоторых ее вероятных особенностях.
С. Ферманджан и другие авторы [207-210] предполагают, что Х-концевой фрагмент Бег -Тур~ АКТГ имеет а-спиральную структуру. В, Храбли и соавт. [211) высказали мысль, что основная цепь на участке 01п.-01у характери- 5 1О зуется петлеобразным изгибом. В работе Г.И. Чипенса и соавт. [212] сделано заключение о значительной конформационной жесткости фрагмента 61пэ-О!ую, что и определяет меланоцитстимулирующую активность гормона. Н.А. Юлаев и З.Ф, Утетева оценили по спектрам флуоресценции среднее расстояние между ароматическими кольцами остатков Туга и Тгр 9 в9,0 А [213].
Отмеченные предположения хорошо соответствуют изложенным результатам теоретического конформационного анализа, но противоречат результатам расчета а-меланотропина, выполненного Г.И. Чипенсом и соавт. (214]. В найденный ими набор низкоэнергетических конформаций не вошла ни одна структура гормона, представленная в табл, !!1.25. Причина столь резкого различия результатов расчетов [163, 214) обсуждается в гл. 14. [3-Меланотропины.
В этом разделе рассмотрены конформационные воз- 365 Азр Вег 616.рго Туг ~уз Ме1 61о Ндз Рве Агу Тгр 61у бег Рго Рго буз Аор 2В Р и с. Ш.2К Схема конформацнонного анализа молекулы р-меланотзхтнгн1а быка 1 2 3 а О о т а О 1а П 12 11 11 1$!Ь 11 1а 11 ТЬ З 22 А1а 61П.ТТ11681 Азр 61н 616 Рго Туг Агу Мое 61о Нп РЬе АТТ.Тгр 616 Вег Рго Рго 262 Аар ' 7-. 22 Р и с. Ш.29. Схема конформационного анализа молекулы р-меланотронина человека можности ~1-меланотропинов быка и человека, последовательности которых содержат соответственно 18 и 22 аминокислотных остатка, Основные этапы фрагментарного анализа пространственного строения р-меланотропина быка [31] показаны на рнс, 1!1.28.
Расчет конформационных возможностей каждого из выделенных в схеме фрагментов, в свою очередь, включал несколько стадий. Минуя многие детали, начнем рассмотрение сразу с результатов анализа всей молекулы. В табл. П1.26 приведены шейпы пептидного скелета вероятных структур гормона, относительная энергия которых попадает в интервал — 0-12,0 икал(молок их всего 12. Столь резкая дифференциация конформаций Азр' — Азр'В по энергии, которая произошла при объединении низкоэнергетических состояний свободных фрагментов в единую цепь, свидетельствует об уникальности условий реализации значительных стабилизирующих взаимодействий между удаленными остатками при максимально плотной упаковке и согласованности взаимодействий на всех участках последовательности природного октадекапептида.
Не случайно, что этн условия, т.е. наличие стернческой комплементарности всех участков молекулы, удовлетворяются только при комбинациях единичных, самых выгодных конформационных состояний фрагментов. Именно данное обстоятельство обусловливает, вопервых, детерминированный, а не статистический механизм спонтанной н безошибочной сборки амннокислотной последовательности в нативных условиях и, во-вторых, быстрое смещение конформационного равновесия в Таблица 1П.26 Шейпы нептняного скелета ннткоэпергетнтескит «опформапнй молектлаг р-меланотропииа быка еубеУ вЂ” ! еееТе е77Уее 0 -94,9 -4.4 17,7 4,1 — 90,4 -4,6 ГЬ5 те!те е 76 -833 -30 123 10,7 — 85,5 2,! ! 0,4 0,5 -88.8 — 3,6 11,4 3,4 -86,0 -3,4 11,6 1,9 — 89,9 -3,9 14,1 3,5 — 85,7 -4,0 11,6 фе/е елее 3,0 — 89,7 1,1 10,1 4,2 — 86,3 — 3,7 ! 2,6 6,6 — 83,1 -4,0 12,1 8,7 — 97,2 14,1 10,2 Тее77е геенне /а!у !тету 10 Г-ЖФ 7 е 67!У ~ — еее7е Тее7',7 12 367 сторону актуальной структуры гормона под действием специфического рецептора или иных межмолекулярных сил.
Из табл. 111.26 видно, что все предпочтительные структуры молекулы Д-МСГ представляют собой комбинации трех конформацнй участка А8Р -Ме1, восьми — Ме1 -О!у и 1 7 7 13 двух конформаций участка О!у 4 — Азр'8, имеющих, как показал расчет, минимальные значения энергии для указанных фрагментов в свободном состоянии. Нельзя не обратить внимание на следующий интересный момбнт, наглядно демонстрирующий роль межостаточных взаимодействий в структурной организации пептидов. Расчет а-меланотропина, как отмечалось выше, привел к заключению о значительной конформационной Жесткости гептапептидного фрагмента Ме14-О!у10. Расчет же !5-меланотропина, содержащего точно такой же участок в положении 7-13, показал, что при ином окружении он относится к наиболее лабильным фрагментам молекулы.
В правой части табл. 111.26 приведены энергетические вклады внутри- и межостаточных дисперсионных, электростатических и торсиониых взаимодействий. Они свидетельствуют об альтернативном характере стабилизации различных низкоэнергетическнх конформаций молекулы гормона. Например, в глобальной конформации энергия дисперсионных меж- остаточных взаимодействий на 5,0 ккал/моль ниже соответствую. щей энергии у непосредственно следующей за ней конформации с (/„а„,— = 0,5 ккал/моль. Благодаря этому положение равновесия становится чувствительным к внешним условиям и будет смещаться в сторону второя структуры при переходе от полярной среды к гидрофобной. Конформация уступающая глобальной 8,7 ккал/моль, на первый взгляд малоперс.
пективна. Высокая энергия этой конформации связана с небольшим вкладом в стабилизацию межостаточных электростатических взаимодействий Однако она является самой стабильной по дисперсионным взаимодействиям. Поэтому можно ожидать, что в сильнополярных средах, где роль внутримолекулярных электростатических взаимодействий значительно снижается, конформация с (/„ащ —— 8,7 ккал/моль окажется наиболее предпочтительной. Обратимся теперь к )5-меланотропину человека, аминокислотная последовательность которого представляет собой пептидную цепь рассмотренного нами Д-меланотропина быка, продолженную на !9-конце тетрапептидом А!а'-О!п~-Ьузз-Ьуз~.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
