Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
1,95 А.
Основная цепь Основная цепь Боковая цепь Боковая цепь
Asn4 С=0 H-NHis8 Lys2 N^-H 0=C Arg16
Cys5 С=0 H-N Val9 Asn4 №0 H-N Lys6
Lys6 С=0 H-NIle10 Asn4 0=0 H-N Cys5
Arg7 С=0 H-N Lys" His8 N5-H 0=C Cys15
Lys11 С=0 H-N Cys15 His8 N5-H 0=C Cys19
Cys15 С=0 H-N Lys17 His8 N5-H 0=C Asn22
Arg^N’l-H 0=C His13
Lys21 №-H 0=C Val9
Шесть водородных связей из 12, образованных боковыми цепями остатков Lys2, Asn4, His8, Arg16 и Lys21, могут разрываться при изменении конформации этих боковых цепей.
В результате расчета получена единственная структура MCD-пептида, у которой значения двугранных углов ср, у и Xi на участке Lys2-Ile18 фиксированы. Изменение этих углов приводит к повышению конформационной энергии и почти всегда сопровождается существенными наталкиваниями атомов. Значения углов %2 однозначно определяются только у шести остатков: Cys3, Cys5, Arg7, Lys11, Cys15 и Lys17. Для остальных углов %2~%4 боковых цепей молекулы возможны несколько конформаций с относительной энергией 0-3 ккал/моль. Таким образом, боковые цепи у MCD -пептида более подвижны, чем у тертиапина, где однозначно определялись значения 12 углов %2 и даже двух пар углов Хз и Ха-Концевые участки MCD-пептида оставались лабильными, поскольку у них имелся набор низкоэнергетических конформаций основной и боковых Чепей, различающихся значениями углов ср, у и Xi~X4- У остатка Cys19, ’Находящегося на границе конформационно жесткого и лабильного участ-
ков, однозначно определялась величина угла ср, однако угол у мог принимать два значения, отвечающих R- и В-формам остатка. Кроме того, возможны две близкие по энергии конформации дисульфидной связи Cys5-Cys19 с разными значениями угла Xi- Почти половина остатков MCD-пептида содержит положительно заряженные группы. Их энергию гидратации при расчете не учитывали. Полученная нами структура была оптимальна прежде всего по энергии ван-дер-ваальсовых взаимодействий, т.е. обладала наиболее плотной упаковкой атомов. Тем не менее все заряженные группы автоматически оказались на поверхности и контактировали с растворителем. При этом заряженные боковые цепи участвовали и в эффективных дисперсионных взаимодействиях внутри глобулы.
Полученная структура MCD-пептида согласовывалась с имеющимися экспериментальными данными. В низкоэнергетических линейных конформациях фрагментов Cys3-Cys15 и Lys2-Cys19 определенные остатки ци-стеина сближались и располагались в пространстве таким образом, что образование нативной системы дисульфидных связей не сопровождалось увеличением энергии. Расчетная структура MCD-пептида имела только шесть прочных водородных связей с участием NH-групп основной цепи, поскольку связи с боковой цепью Asn4 легко разрывались при изменении ее конформации. Это соответствовало данным ЯМР-спектро-скопии о наличии шести медленно обменивающихся с растворителем протоков пептидных групп. Конформационная стабильность полученной структуры MCD-пептида и высокое содержание в ней а-спираль-ных участков согласовывалось с данными спектров кругового дихроизма.
Рассчитанные независимо трехмерные структуры гомологичных олигопептидов тертиапина и MCD-пептида имели ряд сходных черт. Гомологичные области Cys5-Ile14 (включая атомы С“ Asn4 и Cys15) MCD-пептида и Asn4-Met13 тертиапина идентичны по геометрии основной цепи. Здесь находятся два фрагмента сх-спирали, относительное расположение которых жестко фиксировано в результате их плотной упаковки друг с другом Даже боковые цепи остатков Hisx-Ile14 MCD-пептида и Arg7-Met13 тертиапина ориентированы одинаково, поскольку у них близки значения углов %\ В то же время С-концевые участки обеих молекул располагаются по разные стороны а-спиральной структуры, что в основном обусловлено различием в длине пептидной цепи внутри дисульфидного бицикла. Сворачивание пептидной цепи обеих молекул начинается с образования конформационно жесткой нуклеации, включающей один виток а-спирали Рго-His-Met(Ile)-Cys, на гомологичных участках Ile10-Cys14 тертиапина и Lysn-Cys15 MCD-пептида. В результате образования нуклеаций первоначально лабильные участки молекул сближались в пространстве и начинали взаимодействовать между собой. При этом у них существенно уменьшался набор низкоэнергетических конформаций основной цепи. Единственная структура из этого набора конформаций, стабилизированных невалентными взаимодействиями, отбиралась после образования двух дисульфидных связей.
Аминокислотная последовательность инсектотоксина 1Ь выделенного из яда скорпиона, состоит из 26 остатков, в том числе 8 остатков цистеина [102]. Как и в случаях апамина, тертиапина и MCD-пептида, здесь также отсутствовали опытные данные о трехмерной в структуре пептида. Более того, была неизвестна реализующаяся в молекуле система четырех дисульфидных связей. Своеобразие конформационного анализа инсектотоксина [103] заключалось в том, что поиск его пространственной структуры выполнялся при неполной информации о ковалентной структуре. Согласно конформационной теории белка и термодинамической гипотезе Анфин-сена, подтвержденных результатами расчета трех сложных олигопептидов (апамина, тертиапина и MCD-пептида), анализ линейной последовательности инсектотоксина должен был автоматически и в наиболее предпочтительных нециклических конформационных состояниях привести к сближенности соответствующие остатки Cys и тем самым локализовать четыре цистеиновые пары. При многостадийном априорном расчете такого слож-гого пептида мала вероятность случайной идентификации единственной системы дисульфидных связей, удовлетворяющей всем положениям теории. Полная схема расчета пространственного строения инсектотоксина показана на рис. III.20. Первый шаг на пути к установлению трехмерной структуры молекулы заключался в рассмотрении конформационных возможностей коротких фрагментов, содержащих все восемь остатков цистеина: Met'-Thr8, Cys16-Lys21 и Cys26-Cys33. На этом этапе конформа-ционный анализ инсектотоксина должен был ответить на вопрос о предрасположенности выделенных фрагментов к образованию внутренних дисульфидных связей. Используя полученные здесь результаты, затем изучили более сложные участки молекулы Met’-Cys20 и Ala18-Cys33 и, наконец,всю последовательность.
