Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
Следующий этап конформационного анализа апамина заключался в исследовании пентадекапептидного фрагмента Cys'-Cys15. Вначале были рассмотрены конформационные возможности пентапептидного участка Cysn-Ala12-Arg13-Arg14-Cys15 в его свободном состоянии. На основе отмеченных двух предпочтительных конформаций циклического ундекапептида Cys^Cys11 и низкоэнергетических вариантов Cysn-Cys исследованы структуры моноциклического тридекапептида Cys!-Cysn-Ala12-Arg13, а затем - бициклического пентадекапептида Cys'-Cys^Cys’^Cys15. Величины относительной энергии рассчитанных конформаций последнего даны в табл. III. 12. Из 12 рассмотренных конформаций пентадекапептида с Двумя дисульфидными связями семь обладают высокой энергией. Также маловероятны еще три варианта с ?/общ = 11,4; 16,0 и 10,9 ккал/моль. Замыкание циклов в этих конформациях приводит, во-первых, к значительной деформации соответствующих оптимальных структур свободного пентапептида Cys1‘-Cys15, что ведет к напряжению конформации фрагмента, и, во-вторых, к возникновению между боковыми цепями остатков Arg13, Arg14 и ундекапептидным циклом неблагоприятных контактов, которые нельзя устранить, не вызвав новых осложнений. Из оставшихся двух структур следует отдать предпочтение глобальной, которая более выгодна не только по конформационной энергии, но и энергии электронных взаимодействий в дисульфидных мостиках. В этой структуре бициклического пентадекапептида геометрические параметры в обеих •Руппах C^-S-S-C^ практически совпадают (различия < 0,1 А) с экспериментальными значениями, а оба дисульфидных мостика имеют низко-Энергетическую гош-конфигурацию. Сопоставим энергию монопептидных
Относительная энергия конформаций бициклического и пентадекапептидного фрагмента Cys1-Cys3-Cys1 '-Cys15 апамина
Шейп
Конформация
С/о6щ, ккал/моль
feffefeefe -
[— efee -efee -efef -efee -efef -efef -efef -efee -efee -efee -efee — efee
R22_ ^23 ~ «31“ «2222“
R22- B23- R11“ «2222- B - R “ B
ЭЗП
-в;>-
32
1 п'1 -R'2 Rn R14 R15 0
12 " - В2222 ‘ - с1222- 22
-В12 -В ~ L2222 - В-,222 - В22 *
-В„ - R - R2222 " L3222 -В22 11,4
-В,2 - R - В2222 “ ^ 3222 - l22 *
-В12 - R - В2222 - R3222 _ В22 16,0
-В,2 - R - В2222 - В3222 - L22 7,7
pi 1 -R12 П13 *°3222“ R15 10,9
“ И31" - о2222 ' 22
1 -В - 1-2222 - В3222' -В22 *
СО
-в„ - R - R2222 ~ *-3222 -В22 ¦
-в3, - R - В2222 ~ «3222 -L44 *
-в3, - R ~ В2222 - В3222' -В22 *
-Вз, -R - В2222 --- В3222' ¦*-22 *
Примечание Звездочками отмечены конформации с энергией С/общ > 20,0 ккал/моль
вцезкостаточных взаимодействий и значения двугранных углов основных в боковых цепей пентадекапептида Cys’-Cys3-Cysn-Cys15 с ундекапеп-.дщом Cys’-Cys11, тридекапептидом Cys’-Cys”-Ala’2-Arg13 и пентапеп-яадом Cysn-Cys15. Сравнение энергетических и геометрических параметров соответствующих конформационных состояний этих фрагментов дозволяет сделать следующие заключения.
1. Образование второй дисульфидной связи Cys3-Cys15 апамина не нарушает стабилизирующих контактов и геометрии остатков в первой циклической системе. В свободном цикле Cys’-Cys11, включенном в пентадекапептид Cys1-Cys3-Cys1I-Cys15, энергия межостаточных взаимодействий и двугранные углы имеют те же значения, несмотря на то, что остатки второго цикла, прежде всего Arg13 и Arg14, осуществляют с остатками первого стабилизирующие (с Glu7 -3,2 ккал/моль) и дестабилизирующие взаимодействия (с Cys1 и Cys11 +5,6 ккал/моль). Отсутствие заметных изменений в энергии и геометрии Cys’-Cys11 объясняется электростатической природой этих взаимодействий, обладающих малым градиентом.
2. Сближение остатков Cys3 и Cys15, как и в случае Cys и Cys11, происходит за счет невалентных взаимодействий при конформационном состоянии пентапептида Cys1'-Cys15, которое является одним из самых предпочтительных по энергии и энтропии для свободного фрагмента. Все Изменения геометрических параметров пентапептида Cys -Cys15 при его встройке в цикл происходят в пределах одних и тех же низкоэнергетических областей потенциальной поверхности.
3. Спонтанное образование двух дисульфидных связей в апамине осуществляется в принципе по одному механизму. В его основе лежат кон-формационные аспекты. Следующая из расчета детерминация процесса создания дисульфидных мостиков обусловлена предрасположенностью соответствующих участков молекулы к такому формообразованию, которое неизбежно приводит к сближенности определенные остатки цистеина и к необходимой для окислительной реакции взаимной ориентации их боковых цепей. Валентному связыванию цистеинов предшествует образование на одном конце фрагмента конформационно жесткой нуклеации, а на другом — коротком - лабильного участка.
При сложившейся нуклеации и предпочтительной конформации лабильного участка атомы S вступают во взаимодействие. У апамина нуклеацию в первом цикле составляет последовательность Cys’-Thr8, а подвижную Одеть - Ala9-Cys". Во втором цикле структурно жестким участком является циклический ундекапептид Cys’-Cys”, а лабильным - тетрапептид Ala12-Cys15. Два резко различающихся по своим конформационным свойствам участка выполняют в создании дисульфидного мостика различные функции, в равной мере необходимые для того, чтобы этот процесс совершался быстро, спонтанно и безошибочно. Благодаря нуклеации процесс становится не статистическим, а детерминированным. Конформационно **бильный участок легко реализует и делает низкоэнергетическими все Изменения геометрии пептидной цепи, которые неизбежны при сближении «томов S на валентное расстояние.
