Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
Все варианты с углом —60° у первого остатка и Xi -180° у по-
следнего имеют заведомо большую энергию, поскольку боковые цепи при этих значениях ориентированы в противоположные стороны и не в состоянии эффективно взаимодействовать ни между собой, ни с промежуточными остатками. Можно также не рассматривать варианты с R-формой у предшествующего пролину остатка (если он не Gly) и варианты с дипептидным фрагментом в (Ь-Ь)-форме (если хотя бы один остаток не Gly). Такие конформационные состояния имеют сравнительно высокую энергию и в белках не реализуются. Кроме Gly, ни один из стандартных остатков почти не встречается в нативных конформациях белков в состояниях с Н-формой основной цепи. Все это полезно иметь в виду при выполнении конкретных расчетов.
Однако самым существенным результатом изучения конформационных возможностей простейших пептидов, сконцентрировавшим в себе основ-дое выводы и установившим их прямую связь с обилием, по существу, декак еще не систематизированных фактов о трехмерных структурах флков, явилось создание структурной классификации пептидов. Во многих Обследованиях, особенно связанных с анализом большого числа вариантов ^сложной многоступенчатой процедурой, классификация играет важную, *сли не решающую роль. Ее значение не ограничивается только объединением всех объектов исследования и наведением среди них определенного порядка.
Если систематика не искусственна, не просто каталог, построенный по «сто внешним, случайным признакам, а опирается на совокупность внут-ренних, самых существенных признаков, изучаемых объектов, иными словами, если систематика является естественной, подобной, например, системе сингоний в кристаллографии, то она становится не только конкретным воплощением принципов теории и отражением объективной взаимосвязи частей и целого, но и ключом к решению проблемы. Именно Мисой является классификация пептидов [106, 107], обоснованная, как увидим, с физической точки зрения и охватывающая все многообразие Возможных конформационных состояний любого пептидного фрагмента и целой молекулы белка. Она позволяет получать представление о конформационных возможностях структурных вариантов больших классификационных групп по результатам анализа их отдельных представителей. Перед рассмотрением классификации уточним используемые в ней по-юггия, которых будем строго придерживаться в дальнейшем изложении.
Конформационное состояние аминокислотного остатка полностью задается (при фиксированных длинах связей и валентных углах) значениями ©угранных углов вращения ф (N-C“), \|/ (С“-С'), to (C'-N) и % (С“-СР, ЦР-С? и т.д.) (см. рис. II.8). Совокупность состояний остатков в данной последовательности однозначно определяет конформацию фрагмента. Под Понятием "конформационное состояние", или "конформация", будем §Ьдразумевать строгие количественные характеристики геометрии остатка или фрагмента, которые позволяют вычислить значения энергии внутри- и межостаточных взаимодействий.
Двугранные углы ф, V)/ основной цепи всех остатков в пептидах и бел-*ах всегда находятся на конформационных картах в низкоэнергетических Областях R, В, L и Н (см. рис. 11.23 и 11.24). Введем понятие формы Остатка, которое означает принадлежность его конформационного состояния к одной из указанных областей пространства ф-Vj/. Форма остатка дата форма фрагмента) прямо не связана с природой аминокислот и их последовательностями, а является полуколичественной характеристикой Основной цепи, указывающей лишь область значений углов ф, V)/, а не сами Юачения. Для идентификации формы основной цепи достаточен Четырехбуквенный код R, В, L и Н. Смысл введения этого понятия Заключается в том, что оно отражает общий характер взаимодействий •Томов пептидного скелета, а также определяет возможности боковых *1бпей в отношении взаимодействий друг с другом и с основной цепью.
Реализация потенции той или иной формы основной цепи происходит при наложении на нее конкретной аминокислотной последовательности.
В дальнейшем изложении будет показано, что формы основной цепи фрагмента могут быть разделены на отдельные типы, которые мною названы шейпами пептидного скелета. В основе разделения форм по шейпам лежит дипептидный структурный элемент. Формы одного шейпа имеют аналогичный ход пептидной цепи и подобное взаимное расположение боковых цепей и звеньев основной цепи. Следовательно, они обладают близкими возможностями в отношении средних взаимодействий Различия в этом случае связаны с энергией ближних взаимодействий и конформационной свободой форм остатков (R и В имеют меньшую энергию на карте ф—\jr и большую площадь, чем L и тем более Н) (см рис. 11.10). Шейп является качественным понятием, которое не зависит от конкретной аминокислотной последовательности, а определяется лишь числом остатков.
Пространственная классификация пептидных структур по конформациям, формам и шейпам построена по принципу "дерева". Все конформации делятся по формам основной цепи, а формы - по шейпам. Количество форм в каждом шейпе определяется числом возможных комбинаций R-. В-, L- и Н-формы остатков. Число конформаций каждой формы зависит от природы остатка. Все возможные формы основной цепи и шейпы пептидного скелета предполагаются равноценными. Предпочтительность некоторых из них выявляется только в результате конформационного анализа, т.е. опробования на конкретной аминокислотной последовательности. В описанной структурной классификации возможна энергетическая дифференциация пространственного строения пептида на трех уровнях - шейпа, формы и конформации.
