Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
Химический синтез ангиотензина II в 1961 г. [7] положил начало изучению его биологических свойств. С помощью многочисленных синтетических аналогов гормона удалось выяснить, что природный пептид взаимодействует с рядом рецепторов, расположенных в различных тканях организма млекопитающих, и обладает широким спектром биологического Действия. Опубликовано много работ, посвященных исследованию пространственного строения ангиотензина II в растворе. В них использован Практически весь арсенал существующих физико-химических методов:
Ангиотензиноген
Asp'-Arg^VaP-Tyr^-Va^-His^Pro’-Phe^His’-Leu^-Leu11
t
| Ренин
Ангиотензин I
Asp'-Arg2-Val:'-Tyr4-Val5-His6-Pro7-Phe8-His9-Leu10
t
| Киназа II
Ангиотензин II Asp1 - Arg2-V al3-T yr4-V al5-H is6-Pro7-Phe8
Аминопептидаза |
Ангиотензин III Arg2-Val3-Tyr4-Val5-His6-Pro7-Phe*
тонкопленочный диализ [8], титрование ионогенных групп [9], водородный обмен [10], все виды оптической и резонансной молекулярной спектроскопии [11-14] и ряд других. Результаты исследований и их интерпретация противоречивы. Разными авторами было предложено большое число существенно отличающихся друг от друга структур ангиотензина II [15-19]. Каждая из них касается исключительно основной цепи молекулы и удовлетворяет лишь ограниченному кругу экспериментальных данных (см. ниже). Положение боковых цепей аминокислотных остатков, составляющих большую часть молекулы (по числу атомов - 2/3) и формирующих ее конформационное состояние, при обсуждении структуры гормона вообще не рассматривается [20-27].
Основная причина малой эффективности физико-химических методов исследования пространственного строения ангиотензина II, как и других олигопептидов, связана с тем, что для изучения структурно-функциональной организации этих соединений недостаточно знания лишь самой выгодной по энергии конформации в случае белков, или представления о среднестатистическом конформационном состоянии молекулы в случае синтетических пептидов [28, 29]. Здесь требуется количественная оценка геометрических параметров ряда структур, их конформационных возможностей и вероятности реализации в различных условиях. Получение такой информации, как правило, находится за пределами чувствительности и интерпретационных возможностей физико-химических методов. Более того, из-за сложности соединений и недостаточной разработанности физических основ соответствующих явлений редко когда хотя бы один из методов позволяет однозначно и достаточно полно описать даже одно, доминирующее в растворе конформационное состояние пептида, используя лишь результаты собственных измерений.
К решению этих задач привлечен полуэмпирический метод конформационного анализа. Однако и здесь полученные результаты весьма скромны- Из сопоставления имеющихся в литературе многочисленных расчетных данных о конформационных возможностях ангиотензина II следует, что предложенные для гормона наборы низкоэнергетических структур существенно отличаются друг от друга. Именно данное обстоятельство побудило предпринять собственное исследование структурной организации щолекулы этого соединения. К обсуждению опубликованных работ по теоретическому конформационному анализу октапептидного гормона мы вернемся в заключительной части главы.
Структурная организация молекулы ангиотензина II исследована на основе конформационной теории (см. гл. 2) и соответствующего расчетного метода (см. гл. 7) в предположении жесткой валентной схемы, представленной на рис. III.5. Конформационные возможности октапептидного гормона определяются 41 значением двугранных углов вращения вокруг связей основной цепи (ф, \|/, со) и боковых цепей (%ь ••¦)¦ Использован-
ные в расчете потенциальные функции и полуэмпирические параметры для оценки невалентных, электростатических, торсионных взаимодействий и водородных связей указаны в работах [30, 31]. В расчете и при изложении результатов использована естественная классификация пептидных структур по трем уровням пространственной организации: конформации, форме и шейпу основной цепи (см. гл. 7). Конформационный анализ октапептидного гормона был разбит на три этапа (рис. III.6). Первый включал в себя независимый расчет пяти перекрывающихся по трем аминокислотным остаткам тетрапептидных фрагментов (a-g). Второй этап заключался в расчете гексапептидного фрагмента Asp'-His6, а третий - в расчете всей молекулы ангиотензина II. Подробно результаты расчета рассмотрены в работе Т.В. Гогитидзе и автора данной монографии [32]. Здесь дано описание лишь заключительного этапа.
Низкоэнергетические конформационные состояния N-концевого гексапептидного участка и тетрапептидных фрагментов d и g составили 55 исходных структурных вариантов гормона. После минимизации энергии в интервал 0-8,0 ккал/моль попали 14 конформаций, представленных в табл. III.6. Первые четыре структуры с UQбщ = 0-^,0 ккал/моль составляют группу А. Для них характерна жесткая нуклеация типа fef центрального участка молекулы при относительной подвижности N- и С-концевых дипептидных фрагментов. На рис. III.7 показаны шейпы пептидных скелетов этих структур и пути их взаимной конверсии. Все изменения конформационных состояний основной цели ангиотензина в пределах группы А осуществляются через вращения вокруг связи С“-С' остатка Arg2 или Pro7, точнее, через низкоэнергетические переходы R <=> В путем изменения соответствующего угла \|/ на 180°. Следующие шесть конформаций с относительно невысокой энергией (Uo5m = 3,5-7,0 ккал/моль), объединенные в группу В, также имеют жесткую структуру центрального участка Val3-His6. Она принадлежит шейпу fee и отличается от структуры этого участка в предшествующих конформациях состоянием лишь одного остатка (Val5). Переход между представителями групп А и В низкоэнергетичен И сводится к изменению двугранного угла \|/5 (рис. 1П.8). При этом боковая
