Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
Конформационные возможности следующего крупного участка инсек-тотоксина Met'-Cys20 были исследованы путем поостаточной генерации фрагмента Met’-Cys16. Присоединяемые остатки в каждом случае рассматривались в поле жесткой циклической структуры гексадекапептида в состояниях, отвечающих низкоэнергетическим структурным вариантам фрагмента Cys16-Cys20. В свободном состоянии пентапептид обладает большой конформационной свободой, и поэтому были опробованы все возможные для него формы основной цепи. Минимизация энергии показала, что структуре Met'-Cys16 с дисульфидной связью S(2)-S(k,) комплементарна лишь одна форма фрагмента Cys16~Cys20, а именно В16-B17-R18-R19-R20. Только в этом случае имеет место полная компенсация отрицательной и положительной энергии электростатических взамодей-
ствий Arg17 соответственно с Asp11 (-2,78 ккал/моль) и с Met1, Arg9 (+2,70 ккал/моль), а также образование ряда стабилизирующих контактов между удаленными по цепи остатками. Наиболее существенны из них взаимодействия Met3 и Ala13 с Cys19-Cys20 (-9,5 ккал/моль), Phe6 с Cys19-Cys20 (-2,6 ккал/моль) и Pro4 с Cys19 (-1,0 ккал/моль). Интересно, что именно в глобальной конформации участка Met’-Cys20 сближенными автоматически оказываются боковые цепи Cys5 и Cys19, для которых образование дисульфидной связи не ведет к заметной дестабилизации ранее сложившихся невалентных взаимодействий. В принципе возможен и мостик S(5)-S(20), однако его образование сопровождается повышением энергии более чем на 10 ккал/моль. Таким образом, независимое рассмотрение конформационных возможностей фрагментов инсектотоксина Met'-Cys20 и Ala18-Cys33 приводит к непротиворечивым заключениям
о предрасположенности первого к образованию дисульфидной связи S(5)~S(19), а второго - К S(20)-S(33).
Завершающий этап расчета пространственного строения инсектотоксина свелся к упаковке двух жестких структур (перекрывающихся и связанных между собой мостиками S{5)-S(i9) и S(2o)-S(33) фрагментов Met’-Cys20 и Ala18-Cys33) и определению конформационного состояния С-концевого трипептида Gly34-Asp36 (см. рис. III.20). При объединении двух половин молекулы в единую структуру возникли некоторые стерические осложнения. Тем не менее рассчитанные конформации свободных фрагментов Met’-Cys20 и Ala18-Cys33 следует считать комплементарными друг другу, поскольку: 1) все наталкивания снимаются при незначительной коррекции двугранных углов нескольких боковых цепей, по существу не изменяющей их прежних конформационных состояний; 2) снятие наталкиваний приводит к образованию новых стабилизирующих контактов. Оптимальное положение трипептидного участка Gly34-Asp36 выбрано путем количественной оценки всех его низкоэнергетических конформаций в потенциальном поле структуры Met1-Cys33.
В табл. III. 16 даны геометрические параметры дисульфидных связей, которые вполне удовлетворительно соответствуют экспериментальным значениям: длине S-S-связи (2,04 А), расстояниям CP...S (3,05 А) и СР...СР (3,8 А при гош- и 4,8 А при транс-ориентациях дисульфидной связи). В найденной структуре инсектотоксина геометрия всех 36 остатков отвечает наиболее предпочтительным конформациям соответствующих свободных монопептидов (CH3-CONH-CaHR-CONH-CH3). Суммарный эффект средних взаимодействий составил -180 ккал/моль. На некоторых участках последовательности выбор конформационных состояний остатков только за счет средних взаимодействий практически однозначен (особенно в отношении формы основной цепи). В этих случаях соответствующие фрагменты образуют конформационно жесткие нуклеации. У инсектотоксина к таким участкам можно отнести Met!-Pro10 (Met’-Cys16) и Cys26-Cys31. На других участках последовательности средние взаимодействия сокращают число возможных конформационных состояний остатков и определяют для них ограниченные наборы приблизительно равновероятных структурных вариантов. Функция дальних взаимодействии по отношению к конформационно жестким по средним взаимодействиям
Геометрические параметры дисульфидиых связей в трехмерной структуре инсектотоксина I)
Cys'-Cys1 Расстояние, A
SrSj cf...sy p dLc"
S,C J i j
Cys2-Cys16 2,0 3,2 3.2 3,9
Cys5-Cys19 2,0 3,3 3,3 4,0
Cys20-Cys33 2,0 3,0 3,0 4,4
Cys26-Cys31 2,0 3,0 2,9 4,1
фрагментам сводится к дополнительной стабилизации, а также к большему ограничению свободы боковых цепей и, возможно, к незначительной корректировке формы основной цепи.
По отношению к конформационно лабильным участкам последовательности функция дальних взаимодействий заключается в выборе из равновероятных по средним взаимодействиям состояний единичных конформаций, обеспечивающих образование между ними и нуклеациями эффективных контактов, а также сближенность комплементарных друг другу нуклеаций. Так, расчет инсектотоксина показал, что значительно большей подвижностью по сравнению с нуклеациями обладают в свободном состоянии фрагменты Arg,7-Lys25 и Gly34-Asp36. Однако когда они встраиваются в общую цепь, их конформации полностью детерминируются. О высокой степени согласованности всех межостаточных взаимодействий свидетельствует тот факт, что у рассмотренных фрагментов инсектотоксина независимо от их длины конформационные состояния, входящие в нативную структуру молекулы, оказывались одними из самых предпочтительных, а во многих случаях глобальными; их энергия была всегда меньше, чем у большинства структурных вариантов, отобранных для последующего анализа.
