Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
При обсуждении пространственного строения пептидов и белков конформационные состояния остатков в большинстве случаев удобно характеризовать не численными значениями углов <р, \|/, to и %, а с помощью уже упоминавшегося идентификатора типа Х"у , где: X = R, В, L или Н; п - номер остатка в последовательности, а индексы характеризуют положение боковой цепи (%ь Хг---); i=j=l соответствует значению углов X в области 0 -120°, 2 - в области -120 -120° и 3 - в области -120 - 0° Все последующее рассмотрение результатов конформационного анализа пептидов и белков будем вести, используя идентификаторы X" , и лишь
в исключительных случаях будем приводить точные значения конформационных параметров.
Остался неосвещенным вопрос о принципе разделения форм основной цепи по шейпам. Он, так же как и принцип разделения конформаций по формам основной цепи, имеет серьезную экспериментальную основ) Конформационное состояние пептидной цепи фрагмента из двух остатков аминокислот определяется двумя парами углов: ф„ \|/, и ф,+1, Vj/,+1. Однако для суждения о характере взаимодействия между смежными остатками интерес представляют лишь два угла - \|/, и ф,+ |, или даже один двугранный угол вращения вокруг виртуальной связи С“— С,+1- 0, значение
pH с. 11.31. Формы основной цепи дипептидных участков R-В (ф, = -60°, у, = -60°. ф,+ ] = *-120°, у|+1 = 60°) и В-L (ф, = -60°, \(/, = 120°, ф,+ | = 60°, у,+ ] = 60°) при значениях виртуального угла 0 = у, + ф,+[ = 180°
которого близко сумме V)/, и ф,+ь а при со = 180° совпадает с ней. Этот угол однозначно связан с ориентацией векторов C“-N и С“ ,-С', задающих ход
основной цепи, а также с ориентацией векторов C“-Cf и C“+I-Cf+,, Определяющих направленность двух боковых цепей. Если при изменении форм основных цепей смежных остатков, сопровождающемся значительным отклонением двух пар углов ф, V)/ от своих прежних величин, угол (Ихггается постоянным, то не нарушается также ход основной цепи и взаимное расположение боковых цепей (рис. 11.31). Происходит лишь ifemopoT промежуточной (/-й) пептидной группы, приводящий к параллель-ЙЬму переносу части цепи на расстояние -1,5 А. Изменение виртуального ^fbia 9 всегда связано с нарушением хода основной цепи и переориентацией боковых цепей, т.е. с изменением средних взаимодействий. Поэто-Иу можно ожидать, что структуры фрагментов с не сильно отличающиеся значениями 9 и углами ф, у в разных низкоэнергетических областях ®?дут близки в отношении энергии средних взаимодействий.
В табл. 11.30 для ряда конформационных состояний с различными формами основной цепи уже знакомых нам фрагментов -Asn-Asn- и -Asn--Asp- приведены значения энергетических параметров и величины угла 9. Легко видеть общность и различие в характере межостаточных взаимодействий в зависимости от угла 9. В первых трех конформациях обоих фрагментов с формами шейпа е наиболее эффективны взаимодействия Ulna bj—S2 и b3-S] и в то же время практически отсутствуют взаимо-ВСйствия между элементами основных (bi-b3) и боковых (sj—s2) цепей. 8 конформациях дипептидов с формами основной цепи типа /, имеющих вещественно иные значения угла 0, межостаточные взаимодействия Приобретают альтернативный характер; более эффективными становятся вЬнтакты основных (b,-b3) и боковых (sj—s2) цепей между собой, а слабы-Ч» - взаимодействия типа b]-s2 и b3—Sj. В табл. 11.30 приведены расчетные данные. А каково взаимное расположение смежных аминокислотных
Проблема белка, т 3
225
остатков в реальных ситуациях, в нативных конформациях белков? Сохраняются ли в сложных белковых структурах те же корреляции между смежными остатками, что и в свободных дипептидных фрагментах1 Очевидно, об этом можно судить по значениям угла 9, наблюдаемым в нативных конформациях белков.
На рис. 11.32, а приведена зависимость частот встречаемости различных форм основной цепи дипептидных фрагментов (не содержащих остатков Gly) от значений угла 0 в 50 глобулярных белках, трехмерные структуры которых найдены методом рентгеноструктурного анализа с хорошим разрешением (=? 2,6 А). На рис. 11.32, б приведены аналогичные данные для дипептидов, включающих хотя бы один остаток Gly. Кривые на обоих рисунках представляют собой огибающие вершины прямоугольников, ширина каждого из которых равна 20° в шкале 0, а высота - частоте встреч в структурах отобранных белков дипептидных фрагментов определенной формы с углами 0, попадающими в соответствующий 20-градусный интервал. Полученное распределение опытных величин (число их > 7000), очевидно, не может вызвать каких-либо сомнений в экспериментальной обоснованности классификации форм основной цепи дипептидных фрагментов на два типа - шейпы/и е. Формы R—R, R-В и B-L составляют шейп /, а формы В-В, В-R и R-L - шейп е. Редко встречаемые в кристаллических структурах белков формы дипептидных участков L-R, L-В и L-L могут занимать промежуточное положение. Кривые на рис. 11.32 имеют несколько диффузный характер, что отражает, с одной стороны, действительный разброс значений угла 8 в структурах белков, т.е. конформационную свободу остатков, а с другой - экспериментальные ошибки в определении значений ф и \|/, которые могут составить 10-15°. Однако несмотря на большую ширину полос, нельзя не заметить их дублетную, а в ряде случаев триплетную структуру. Это указывает на существование у всех форм основной цепи дипептидов двух или трех предпочтительных значений угла 0, обеспечивающих наиболее выгодные взаимные ориентации смежных остатков. Расстояния между максимумами полос распределения всех форм основной цепи равны 40-60°. Отмеченный опытный факт об относительной дискретности распределения значений угла 8 целесообразно учитывать в конформационном анализе пептидов и белков при выборе исходных для минимизации энергии структурных вариантов.
