Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
Выше рассмотрены в общем виде основные факторы, определяющие выбор пептидом того структурного типа или шейпа, который предоставляет наибольшие возможности для реализации средних взаимодействий. Обсудим теперь вопрос о том, каким образом происходит выбор формы основной цепи среди вариантов одного шейпа. Конформации с различными, но однотипными формами основной цепи, например В-В-В и B-R—L шейпа ее или R-R-R и R-B-L шейпа ff, в принципе не обладают друг перед другом преимуществами в отношении средних взаимодействий. Так, в дипептиде Asn-Asn (см. табл. 11.30) у свернутых конформаций типа /Rn-R31 ({/общ = 0) и B2i-L31 (t/общ = 1,6 ккал/моль) энергия межоста-точных взаимодействий равна соответственно -5,2 и -5,4 ккал/моль. Предпочтительность первой конформации полностью обусловлена более низкой энергией (1,9 по сравнению с 3,7 ккал/моль) монопептидных взаимодействий, что является типичным случаем (ср. B2i-B31 и Rn-L3l; табл. П.30).
Основные цепи, включающие остатки в L-форме, всегда проигрывают структурам того же шейпа с остатками в R- и В-формах по ближним взаимодействиям. Но это не единственная их слабость. На конформационных картах ф-\у монопептидов (см. рис. 11.10, б) область L не только на -1,5 ккал/моль выше областей R и В, но и значительно уже. Следовательно, однотипные основные цепи с R- и В-формами остатков всегда энтропийно предпочтительнее основных цепей с L-формами остатков. Последние имеют более узкий диапазон разрешенных значений углов (ф, \|f) и, следовательно, меньшую возможность для образования компактных структур. Отмеченные соображения объясняют редкую встречаемость L-форм у остатков (за исключением Gly) в белках (см. рис. 11.23). Эти же соображения служат обоснованием одного методического приема, существенно упрощающего поиск низкоэнергетических оптимальных конформаций пептидов. У каждого шейпа имеется лишь одна форма основной цепи с остатками в R- и В-областях (точнее, их две, но они отличаются лишь формой С-концевого остатка, и поэтому, как уже отмечалось, практически изоэнергетичны).
На первом этапе конформационного анализа пептида при выяснении энергетических соотношений между оптимальными структурами разных типов пептидного скелета достаточно рассмотреть все возможные структурные варианты только с R- и В-формами остатков. Варианты с L-формами остатков следует анализировать только у тех шейпов, которые обладают наиболее низкоэнергетическими структурами с R- и В-формами остатков. Если у свободного фрагмента все принадлежащие одному шейпу конформации с R- и В-формами остатков имеют высокую относительную энергию, то варианты с L-формами остатков того же шейпа будут еще более высокоэнергетичными.
Шейпы е и/ дипептидных фрагментов встречаются одинаково часто в трехмерных структурах белков (у 50 базовых белков, использованных
t
I
1300 - ¦ 1200-1100-1000-900-800-700-600-500-400-300-200-
100-
§!
%
tVj
I
'S
tVj
4^
$
4»
О
4>
'Ч
u
t
96
&
36
3
P> c. 11.35. Распределение структур пентапептидных фрагментов по тейпам в пятидесяти вслках, использованных для построения зависимости, приведенной на рис. II.32
для построения кривых рис. 11.32, дипептидные структуры типа е встречаются 3005 раз, а типа / - 3002). Неравномерно распределение ди-вептидных форм в пределах каждого шейпа; доминирующими формами Дипептидных фрагментов в белках являются R-R (f) и В-В (е). Рассмотрим теперь распределение в трехмерных структурах белковых молекул Вептидных участков большего размера по шейпам. Выберем пентапептид-8ЫЙ фрагмент, основная цепь которого теоретически может принимать формы 16 шейпов. Представление об их распределении дает гистограмма, Яриведенная на рис. 11.35. Она построена на основе рентгеноструктурных
данных для тех же 50 базовых белков, которые были использованы для рис. 11.32. Как свидетельствует гистограмма, все 16 типов возможных для пентапептидного фрагмента структурных образований, действительно обнаруживаются в белках. Наиболее часто встречаются структуры шейпов (-30%) и ееее (-20%), которые в основном представлены а-спи-ральной (R-R-R-R-R) и (З-структурной (В-В-В-В-В) формами основной цепи, однако не только.
В заключение раздела остановимся на двух вопросах, которые при обсуждении поэтапного метода конформационного анализа пептидов и белков, казалось бы, должны иметь первостепенное значение. Речь идет о принципах разбиения пептидной цепи на фрагменты и критерии отнесения конформационных состояний каждого рассчитываемого фрагмента к низкоэнергетическим, т.е. перспективным в последующем расчете более сложного участка пептидной цепи, и к высокоэнергетическим - неперспективным, исключаемым из расчета. Что касается первого вопроса, то постулируемая в теории структурной организации пептидов и белков согласованность ближних, средних и дальних взаимодействий не делает его принципиальным. Конечный результат в этом случае должен быть одним и тем же при любой схеме разбиения последовательности на фрагменты. Тем не менее разделение пептида на отдельные участки -ответственный момент конформационного анализа, поскольку от выбранной схемы существенным образом зависит объем вычислительных работ. Более того, заметный прогресс в расчете трехмерных структур высокомолекулярных белков можно ожидать при разработке метода априорной идентификации конформационно жестких и лабильных фрагментов аминокислотной последовательности. Обсуждение этого вопроса будет продолжено в конце книги после рассмотрения результатов расчета пептидов и белков.
