Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
Таким образом, проведенный анализ фрагментов -Asn-Asn-, -Asn-Asp-и -Asn-Asn-Asp- позволил оценить конформационную специфику пептидной цепи с полярными остатками. Оказалось, что электростатические взаимодействия полярных и заряженных боковых заместителей приводя i к дополнительной стабилизации тех форм, которые предпочтительны по другим видам взаимодействий Образование водородных связей не вносит существенного энергетического перераспределения в набор оптимальных
Энергия взаимодействия на участках, ккал/моль
дипептидных трипептидных
Ьэг5! S,-S2 сг b2-s3 b4-s2 s2-s3 b,-b4 b|-ST b4-s, s,-s3
к»
А-
1.4 o.l 0,2 -1,5 0 -0,3 0 -0,1 -0,1 -1,8
0,8 0,2 -0,4 -0,8 -0,2 -2,1 -0,1 0 -1,6 -0,3
0.1 1,2 -0,3 -1,4 -0,1 -0,2 0 -2,5 0 0,1
A3 1,9 -0,5 -1,0 -0,2 -1,5 -1,3 -1,5 -0,1 0,2
41
информаций. В предпочтительных по энергии структурах трипептида имеет место согласованность между дисперсионными и электростатическими взаимодействиями и водородными связями. Специфические стабилизирующие взаимодействия на трипептидном участке реализуются щ)И низкоэнергетических моно- и дипептидных конформационных состоящих.
Рассмотренный в 5 и 6 главах материал, касающийся конформационных возможностей разнообразных моно-, ди- и трипептидов, содержит минимум |ех данных, которые необходимы для создания классификационной систе-МЫ всевозможных оптимальных конформаций пептидов и разработки 1<етода априорного расчета их пространственного строения.
Глава 7
ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МЕТОД КОНФОРМАЦИОННОГО АНАЛИЗА ПЕПТИДОВ И БЕЛКОВ
Основой количественного метода конформационного анализа служат бифуркационная теория самосборки и физическая теория структурной Организации пептидов и белков (см. гл.2) Бифуркационная теория Исходит из представления о самопроизвольном свертывании белковой цепи Как о нелинейном неравновесном процессе, обусловленном и направляемом Необратимыми флуктуациями. Согласно физической теории нативная конформация белка считается плотно упакованной структурой, обладающей Минимальной внутренней энергией и согласованной в отношении всех Ьнутриостаточных и межостаточных взаимодействий валентно-несвязан-
ных атомов белковой молекулы. Постулированная в теории гармония вну. тримолекулярных взаимодействий позволяет разделить проблему стру^. турной организации белков на три менее громоздкие и в принципе под. дающиеся последовательному решению проблемы ближних, средних и дальних взаимодействий. Под ближними подразумеваются взаимодействия валентно-несвязанных атомов одного остатка между собой и с атомами двух смежных пептидных групп, под средними - невалентные взаимодействия аминокислотного остатка с несколькими ближайшими предшествующими и последующими в белковой цепи остатками, а под дальними-взаимодействия остатка с более удаленными в последовательности остатками (см. рис. 1.1).
Проблема ближних взаимодействий решена методом теоретического конформационного анализа, обычно используемого в исследованиях пространственного строения малых органических молекул. Для свободных монопептидов 20 стандартных аминокислот были найдены все возможные конформации и в каждом отдельном случае выявлена взаимообусловленность состояний основной и боковой цепей (см. гл. 5). Реальность полученных данных подтверждена результатами комплексного физикохимического исследования структур большого числа монопептидов в различных средах. Теоретические конформации монопептидов сопоставлены с геометрией основных и боковых цепей аминокислотных остатков в известных трехмерных структурах белков. Показано, что реализующиеся в белковых молекулах конформационные состояния остатков за редкими исключениями, которые, по-видимому, следует отнести к артефактам, отвечают наиболее выгодным конформациям свободных монопептидов. Средние и дальние взаимодействия ни в одном случае не вступают в противоречие с требованиями, диктуемыми ближними взаимодействиями Их роль заключается в выборе конформации остатка из числа низкоэнергетических состояний свободного монопептида. Этап исследования ближних взаимодействий завершился составлением для свободных монопеп-тидов 20 стандартных аминокислот универсальных наборов низкоэнергетических конформаций, необходимых и достаточных для описания всех конформационных состояний остатков, встречающихся в белковых структурах (см. табл. 11.17).
Количество реализуемых в белках состояний каждого природного аминокислотного остатка соответствует конформационным возможностям свободного монопептида, т.е. набору (как правило, представительному) его низкоэнергетических конформаций. Поэтому учет взаимодействий между остатками даже у небольших пептидов сталкивается с огромным объемом вычислительных работ. Таким образом, проблема средних взаимодействий не могла быть решена на той же методологической основе, что и проблема ближних взаимодействий. Разработка специального метода конформационного анализа требовала знания особенностей меж-остаточных взаимодействий и правил свертывания пептидной цепи. Однако таких знаний не было, и получить их с помощью имеющихся средств можно было только для самых простейших объектов - моно-, ди- и три-пептидов, проследив в этом ряду молекул за средними взаимодействиями и их влиянием на ближние взаимодействия. Безусловно, ряд короток, но
