Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
Чтобы лучше оттенить особенности структурной организации природного пентапептида БПП5, рассмотрим пространственное строение одного его синтетического аналога - <Glu1-Lys2-Phe3-Pro4-Pro5 ([Рго4]-БПП5). Молекулы БПП5 и [Рго4]-БПП5 различаются природой аминокислотных остатков в третьем и четвертом положениях. Одиночная замена в молекуле БПП5 остатка Тгр3 на аналогичный по конформационным свойствам Phe3 не приводит к изменению активности пентапептида как в отношении ингибирования фермента карбоксикатепсина, катализирующего превращение ангиотензина I в ангиотензин II, так и в отношении расщепления брадикинина. Что касается негомологичной замены Ala4 на Pro4, то она приводит практически к полной утрате пептидом своей ингибирующей активности и потенцирующего действия. Между тем такая замена не затрагивает ни одну функциональную группу, и поэтому потеря пентапептидом биологических свойств целиком является следствием изменения конформационных возможностей молекулы.
После соответствующего фрагментарного анализа решение было сведено к рассмотрению конформаций четырех форм основной цепи пентапептида, принадлежащих шейпам feee (R-B-B-B-R и R-R-L-B-R). ffee (R-R-B-B-R), fefe (R-R-B-B-R) и ееее (R-L-B-B-R) [3]. Распреде-
t/овщ, ккал/моль Шейп основной цепи
feee ffee feee ееее
Форма
R-B-B-B-R R-R-B-B-R R-R-L-B-R R-L-B-B-R
0-1 1 -
1-2 - -
2-3 10 -
г-л 4 2
4-5 16 21
5-6 17 29
6-8 34 23
>8 - 10
дение оптимальных конформаций [Рго4]-БПП5 по величинам относительной энергии приведено в табл. III.2. Самыми низкоэнергетическими и наиболее представительными являются конформации с формой R-B-B-B-R шейпа feee. В интервал 0-4,0 ккал/моль попадают 15 конформаций этого типа, 10 — fefe и 3 —ffee. В глобальной структуре [Рго4]-БПП5 2 3
R1—В222з~В ц—В4-R5 (Uобщ = 0) состояния перекрывающихся трипептид-
2 3
ных фрагментов не отвечают их минимальной энергии (у R1-B2223_®u
^общ = 1.8, а у Bu-B4-R5 Uобщ = 0,6 ккал/моль). Однако сочетание именно этих конформационных состояний приводит к возникновению ряда новых Эффективных взаимодействий, в частности между е-аминогруппой лизина В С-концевой карбоксильной группой пролина (-3,0 ккал/моль), между гидрофобной частью боковой цепи Lys2 и бензольным кольцом Phe3. Дополнительный суммарный стабилизирующий эффект в глобальной структуре [Рго4]-БПП5 по сравнению с энергией соответствующих состояний двух трипептидов равен -5,0 ккал/моль. Общее заключение, следующее из сопоставления результатов расчета молекул БПП5 и [Рго4]-БПП5, состоит в констатации существенного различия между их структурами и Информационными возможностями. Конформации, являющиеся самыми Предпочтительными для одной молекулы, относятся к наиболее высоко-Эйергетичным для другой. Форма глобальной конформации природного Иептида R-B-B-L-R вообще неприемлема для [Рго4]-аналога. Две другие формы предпочтительных вариантов БПП5 R-R-R-B-R (U0бщ = = 2,0 ккал/моль) и R-B-R-B-R (U0бщ =2,2 ккал/моль) также приводят у (Рго4]-БПП5 к высокоэнергетическим конформациям из-за стерических осложнений, возникающих при R-состоянии остатка, предшествующего Пролину.
Различие в пространственной организации молекул БПП5 и [Рго4]-БПП5 касается не только геометрии предпочтительных конформаций. Оно проявляется в динамических конформационных свойствах двух пентапептидов, в частности в характере влияния внешних условий на положение конформационного равновесия. У БПП5 оно определяется главным образом двумя состояниями R-B-B-L-R (fefe) и R-R-R-B-R (fffe), альтернирующими при изменении окружения, поскольку их относительная стабильность зависит от взаимодействий разной природы (электростатической в первом случае и дисперсионной во втором). У синтетического аналога [Рго4]-БПП5 положение конформационного равновесия не столь чувствительно к внешним условиям; конформационная энергия здесь определяется дисперсионной составляющей, и изменение среды будет приблизительно одинаковым образом сказываться на стабильности всех конформаций. Таким образом, важная особенность пространственной организации природного пентапептида, по-видимому, заключается в достаточно строгой при определенном окружении детерминации основной цепи и в то же время в возможности целенаправленного перехода к другой форме при изменении среды. В водной и гидрофобной средах конформации формы Rl-B2-B3-L4-R5 пентапептида БПП5 будут обладать доминирующей энтальпийной и энтропийной предпочтительностью по сравнению с конформациями альтернативной формы. В растворах с большой ионной силой, в которых усиливаются дисперсионные и ослабляются электростатические внутримолекулярные взаимодействия, образуются ионные пары с анионами и катионами или с полярными группами других молекул; бесспорное преимущество при этом получают структурные варианты формы R-R-R-B-R.
Быть может, именно высокая чувствительность пространственного строения к внешним условиям при строгой его детерминации (альтернируют структуры только определенных типов) обусловливает полифункциональность БПП5 с сохранением в каждом случае высокой специфичности. Конформации одной формы, например, обеспечивают эффективное ингибирование ангиотензинпревращающего фермента, а другой -способствуют усилению и пролонгированию гипотензивного эффекта брадикинина. Конечно, пока это всего лишь предположение.
