Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
* Данном случае в отличие от белков метод не является действительно Изоморфным. В то же время олигопептиды слишком сложны для использо-
Теоретические и экспериментальные значения двугранных углов основных цепей молекул ?0?Х>Ы)-циклогексадепсипептидов и LDLD-цнклотетрадепснпептидов
Молекула Двугранный угол, град
Ч>1 Vi со, Ф2 V2 “2 Фз ш3 Ф4 V4 ш4 Ф5 V5 ш5 Фб Ve “6
Цикло-[-(МеА1а-Ьас)з-] -103 171 180 74 -136 180 -103 171 180 74 -136 180 -103 171 180 74 -136 180
(расчет [64])
Цикло-[-(МеРЬе-Ну1у)з-] -103 167 180 74 -133 179 -101 166 -177 73 -164 178 -78 157 178 90 -136 -179
(рентген [63])
Цикло-[-(МеА1а-Ьас)2-] -100 125 180 73 47 0 -100 125 180 73 47 0
(расчет [62])
Uinoio-[-{MePhe-Hyiv)2-] -98 136 175 70 44 0 -102 129 177 82 39 2
(рентген [61])
рания прямого метода рентгеноструктурного анализа, обычного в исследованиях простых органических молекул. Тем не менее такие данные удалось получить не только для ди- и трипептидов, но в ряде случаев для более сложных молекул, например [Met5]- и [Ьеи5]-энкефалинов [52-57] и дезаминоокситоцина [58, 59]. Лучше кристаллизуются и легче поддаются расшифровке относительно жесткие макроциклические природные и синтетические олигопептиды и олигодепсипептиды, такие, как грамицидин S, антаманид, энниатин В, валиномицин и их комплексы с ионами металлов [60]. Некоторые из этих опытных структур можно сопоставить с априорно полученными результатами теоретического конформационного анализа. Для оценки объективности расчетных данных такое сравнение особенно показательно, поскольку расчет был проведен на несколько лет раньше рентгеноструктурного анализа тех же объектов.
Конформационный анализ циклических тетрадепсипептидов [—(Gly— Glyco)2b [~(MeAla-Lac)2-] и [-(MeVal-Нуiv)2-], состоящих из регулярно чередующихся остатков а-амино- и а-гидроксикислот с различными наборами конфигураций атомов Ca(DDDD, DDDL, DDLL, DLLD, LDLD и LDDD), свидетельствуют о наибольшей устойчивости для этих молекул цис-транс-цис-транс-конфпгурации основной цепи, причем пептидные группы имеют цис-, а сложноэфирные - транс-конфигурации. Кроме того, расчет показал, что введение заместителей при С“ и N-метилирование лишь сужают круг разрешенных конформаций, не приводя к появлению новых. Рентгеноструктурный анализ полностью подтвердил эти заключения, а найденные с его помощью геометрические параметры четырех диастереоизомеров цикло-[-(МеУ al-Ну iv)2 -] с асимметрией атомов С° LDLD, DLLD, DDDL и LDD[61] количественно совпали с теоретическими параметрами предпочтительных по энергии конформаций соответствующих молекул [62]. Не менее удовлетворительное совпадение имеется между кристаллическими структурами энниатина В и основной цепи боверицина [63], с одной стороны, и рассчитанной применительно к полярному окружению самой низкоэнергетической конформацией (Р) энниатина 8 [64] - с другой.
Представление о близости теоретических и опытных значений геометрических параметров молекул циклотетра- и циклогексадепсипептидов дает табл. III. 10. В неполярной среде энниатин В, согласно теоретическому анализу, должен принять иную структуру (N]). Этот результат также хорошо согласуется с опытными данными, о чем можно судить по близости теоретического и экспериментального значений дипольного момента -Параметра, чувствительного в данном случае к пространственному строе-Впо молекулы. Удовлетворительно совпадают результаты теоретического конформационного анализа LLLLLL- и LDLLDL-изомеров энниатина В [64] с данными рентгеноструктурного анализа, дисперсии оптического вращения и метода дипольных моментов [65, 66]. Таким образом, во всех Случаях, где можно провести прямое сопоставление теории с экспериментом, наблюдается хорошее количественное согласие результатов. Однако расчетных и опытных данных, касающихся одних и тех же объектов, Немного. Итак, принципиальным ограничением рентгеноструктурного анализа является невозможность даже при благоприятных условиях описать
более одной из разрешенных конформаций молекулы, не обязательно глобальной в растворе.
При исследовании пространственного строения олигопептидов в растворе широко используются физико-химические, и прежде всего оптические и резонансные спектральные методы. Однако и здесь, как показывает пример с ангиотензином II (см. гл. 9), структурная проблема этих соединений остается нерешенной. Выше отмечалось, что в данном случае по сравнению с белками усложняется формулировка самой проблемы. Для последующего изучения структурно-функциональной зависимости требуется найти уже не одну конформацию молекулы, а установить положение конформационного равновесия, т.е. определить геометрию ряда структур и оценить вероятность их реализации в различных условиях. Получение такой информации, как правило, находится за пределами чувствительности и интерпретационных возможностей существующих физико-химических методов. Этот вывод очевиден из анализа данных практически всех исследований структуры олигопептидов, проведенных с помощью физико-химических методов. Например, к расшифровке пространственного строения октапептидного гормона ангиотензина II был привлечен практически весь комплекс имеющихся методов: 'И- и 13С-ЯМР, ЭПР, ДОВ и КД, ИК- и раман-спектроскопия, флуоресцентный метод, изотопный обмен и др. (см. гл. 9). В результате было предложено семь совершенно различных моделей пространственной структуры молекулы, отвечающих данным одного или сразу нескольких методов. Однако ни одна из этих моделей не удовлетворяет всей совокупности экспериментальных фактов. Подобная неопределенность свойственна трактовкам многочисленных экспериментальных данных, касающихся нейрогипофизарного гормона окситоцина, хотя в данном случае изучение структуры облегчалось наличием дисуль-фидной связи между первым и шестым остатками. Наиболее детально рассмотрены спектры ЯМР нонапептидного гормона и его аналогов в различных растворителях, а также свободных циклического гексапептид-ного и линейного С-концевого фрагментов. Кроме того, для окситоцина получены кривые КД, раман-спектры и исследована кинетика дейтерообмена пептидных протонов. В результате были установлены некоторые структурные особенности молекулы: ориентация связей - S в ди-сульфидном мостике, транс-конфигурация пептидной Cys6-Pro7, интервалы возможных значений двугранных углов вращения вокруг связи NH-С“Н, система внутримолекулярных водородных связей. Тем не менее вся совокупность полученных опытных данных не позволила сделать обоснованных количественных заключений о геометрии молекулы окситоцина и ее конформационных возможностях. Предложенная в работе JI. Джонсона с соавт. [67] структурная модель носит в значительной степени качественный характер. Спорным представляется подход к конформа-ционному исследованию окситоцина, вазопрессина и других нейрогипофи-зарных гормонов, использованный Б. Хеннигом с соавт. [68]. Во-первых, он основан на методе статистического анализа Е. Каба и Т. By [69], обладающего малой достоверностью предсказания. Во-вторых, поиск базируется на предположении о совпадении пространственного строения всех нонапептидных гормонов. Такое предположение не является очевидным,
