Химия протеолиза - Антонов В.К.
Скачать (прямая ссылка):
Боковые цепи. Изменение конформации боковой цепи обычно не требует значительных энергетических затрат. Различия в конформациях не превышают 3 ккал/моль. В кристаллах пептидов предпочтительно реализуются конформации с ^=-60, +60 и +180°. Как видно из рис.8, все три значения * встречаются примерно с равной частотой, что же касается , то значения этого угла лежат в области 60-120°. Исследования ЯМР-спектров растворов различных производных N-ацетилфенилаланина [147] показывают, что преобладающей является конформация с ^=180°, причем тип растворителя мало влияет на распределение конформаций (табл.10).
1.5 Белки как субстраты протеаз
Истинными субстратами большинства протеолитических ферментов являются белки. Целесообразно поэтому рассмотреть особенности их макромолекулярной структуры.
Амидные связи в белковой молекуле по своим параметрам практически не отличаются от связей в ниэкомолекулярных соединениях. Это относится к величинам межатомных расстояний и валентных углов, которые имеют те же значения, что и в простых пептидах и амидах [27]. Величины неплоской деформации амидной связи в белках не превышают таковые для других соединений, содержащих амидную группу. В качестве примера на рис.9 представлена гистограмма ш в миоглобине, показывающая, что подавляющее число амидных связей имеет транс-конфигурацию и вариации угла ш не превышают 15°. Цис-амидная группа встречается в некоторых белках [148-150] и пептидах [18], но это является скорее исключением, чем правилом.
Конформационное состояние а.лнокислс гных остатков в белках также обычно совпадает с энергетически наиболее выгодными конформациями, найденными для производных ациламинокислот и пептидов [124,151]. Это обусловлено превалирующей ролью "ближних" взаимодействий в стабилизации конформации основной полипептидной цепи. Большинство остатков имеют значения углов фиф, сов-
-120
-во
60
120
180 х1,град.
РИС.8. Гистограммы углов % боковой цепиiфенилаланина (а) и у. боковой цепи тирозина (б) [18]
падающие со значениями энергетически выгодных конформаций метиламидов аце зилвмино си злот [124].
Значения углов фиф аминокислотных остатков определяют тип вторичной структуры всей белковой глобулы.
Таблица 10. Конформации Ссковой цепи производных N-ацетилфенилаланина [14-7]
Соединение Растворитель Доля конформации с
+180° +60° -60°
AcPheOEt С6Н5СН3 0,34 0,33 0,33
tl (CH3)2S0 0,58 0,31 0,11
It d20 0,52 0,32 0,16
AoPheHH? II 0,58 0,31 0,11'
AoPheAlaOMe It 0,66 0,16 0,18
В соответствии с пресалирующил типом вторичной структуры предложено [152] различать четыре класса белков (рис. 10): I - подполью с.-ога:ральные: II - преимущественно содержащие р-структуру* III - белки, в которых а- и р-структуры разделены вдоль полипептидной цепи (а+р), и IV - белки, в которых а- и (3-структуры смешаны (а/(3).
Вторичная структура белков определяется природой, последовательностью и конформационным состоянием аминокислотных остатков. Предг.риглмаются многочисленные попытки предсказания вторичной и третичной структуры белков на основе статисФического анализа последовательностей аминокислот (см. в: 11531) и даже аминокислотного состава [154]. Следуем отметит), что многие здюнально близкие белки имеют схоллую. пространсгченщ ю структуру, хотя у них очень мало общего в последовав пьности аминокислот [1551. И наоборот,
в ряде функционально различных белков обнаруживаются идентичные последовательности, имеющие разную конформацию [156].
Для многих белков характерно наличие доменов, т.е. пространственно отграниченных компактных частей белковой глобулы, соединенных мевд собой участком неупорядоченной полипептидной цепи. Мевду доменами имеется большое число нековалентных связей [13,157]. Домены возникают, по-видимому, при свертывании полипептидной цепи белка в процессе его биосинтеза, причем опреде-
ш, град.
Рис.9. Гистограмма углов и в миоглобине [27]
Миоглобин fee) n(/6psc!o/<ctif fj3) Рибонуклеаза foc+fi)
O'
Алкогольдегидроееназа (cc/fi)
РИС. 10. Типы супервторичных структур [152]
1 - а-егшраль; 2 - р-складчатый слой
лйюшую роль играют так называемые центры нуклеации [158]. Число доменов в белковой молекуле зависит от размеров белка. Предложена [159] довольно простая зависимость, ^вязывающ^л число доменов (D), число аминокислотных остатков (N) и число остатков в некой, произвольно выбранной структурной единице молекулы (и):
К = 2ь-1,
где L = log2(K/u)+1.
Наконец, многие белки состоят из субъединиц, не связанных мевду собой ковалентно. Такие субъединицы организованы в четвертичной структуре белка и могут играть важную функциональную роль.
Наиболее существенными особенностями белков с точки зрения их роли как субстратов протеолитических ферментов являются: 1) недоступность многих боковых цепей аминокислотных остатков вследствие погружения их в белковую глобулу или других стерических препятствий; 2) ограниченная возможность конформационных переходов, особенно основной цепи белка. Доступность тех или иных аминокислотных остатков внешнему реагенту или растворителю определяется положением этого остатка в глобуле белка. Большинство полярных и особенно заряженных боковых цепей располагаются на поверхности глобулы. Однако имеются заряженные остатки, маскированные внутри глобулы или в области субъединичных контактов. Такие остатки, как правило, образуют ионные пары или дают водородные связи с нейтральными полярными грушами [160-162].
