Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
В расчете инсектотоксина учитывались внутримолекулярные ван-дер-ваальсовы, электростатические и торсионные взаимодействия и водородные связи применительно к условиям водного окружения. Каковы же вклады этих взаимодействий в энергию найденной конформации молекулы? Аминокислотная последовательность инсектотоксина включает восемь остатков (около четверти всего состава), несущих шесть положительных и три отрицательных целочисленных заряда. Общая энергия межостаточных электростатических взаимодействий равна 36,9 ккал/моль. Дестабилизирующий эффект обусловлен электростатическими взаимодействиями между всеми смежными остатками, вклад которых (65 ккал/моль), однако, можно считать постоянным из-за малой чувствительности этих взаимодействий к конформационным состояниям близко расположенных остатков. Поэтому суммарный эффект влияющих на конформацию молекулы электростатических взаимодействий между всеми другими остатками имеет стабилизирующий характер (-28,1 ккал/моль). Боковые цепи заряженных остатков обращены в сторону растворителя. В расчете не были
Энергия внутри- и межостаточных взаимодействий в трехмерной структуре инсектотоксина It
Вид энергии Энергия взаимодействий, ккал/моль
Внутриостаточные Межосгаточкые
^вдв -93,5 -285,5
^вс -1,0 -12,1
^эл +14,0 +36,9
^торс +27,4 -
^общ -52,3 -260,7
сделаны специальные предположения на этот счет, и такая ориентация положительно заряженных групп боковых цепей Arg9, Arg17, Arg23, Lys21, Lys25, Asp11 и Asp36, а также полярных групп остатков Thr7, Thr8, Gin14, Gin15 и Gin30 получена при фрагментарном анализе и учете всех видов взаимодействий автоматически. Стабилизирующий вклад электростатических взаимодействий заряженных остатков составляет -33,6 ккал/моль, а дестабилизирующий - +27,2 ккал/моль, т.е. происходит почти полная компенсация противоположных эффектов. При учете электростатических взаимодействий были использованы парциальные заряды на атомах, предложенные в работе Р. Скотта и Г. Шераги [104], и величина диэлектрической проницаемости е = 10 [105]. Учитывая водное окружение, ослабленными предполагались также водородные связи; их энергию при оптимальной длине принимали равной —1,5 ккал/моль. Суммарный стабилизирующий эффект водородных связей составил -13,1 ккал/моль. Очевидно, что в найденной структуре инсектотоксина реализуемые 20 водородных связей обусловлены сложным комплексом многих межостаточных взаимодействий, среди которых собственно водородные связи играют незначительную роль.
Общая энергия торсионных взаимодействий в найденной структуре инсектотоксина равна 27,4 ккал/моль, т.е. 0,75 ккал/моль на остаток Из этого следует, что взаимные расположения практически всех атомных групп основных и боковых цепей аминокислотных остатков отвечают минимумам торсионных потенциалов. В табл. III. 17 приведены величины общей энергии внутри- и межостаточных взаимодействий и энергетические вклады отдельных видов взаимодействий. Из данных таблицы очевидно, что доминирующую роль в стабилизации структуры играют ван-дер-ваальсовы, точнее, дисперсионные взаимодействия.
Опишем предполагаемый путь самоорганизации пространственного строения молекулы инсектотоксина от полностью развернутой формы до нативной трехмерной структуры, опираясь на полученные в расчете данные о конформационных возможностях конкретной последовательности и ее отдельных фрагментов. Процесс свертывания полипептидной цепи начинается одновременно и независимо на двух участках с образования за счет средних взаимодействий нуклеаций Met'-Cys16 и Cys26-Cys31 В результате оказываются сближенными остатки Cys2, Cys16 и Cys26, Cys11
Образование между ними дисульфидных мостиков не сопровождается заметным изменением геометрии и, следовательно, не приводит к рассогласованности сложившихся у линейных последовательностей стабилизирующих межостаточных взаимодействий. Обе нуклеации входят в трехмерную структуру инсектотоксина без существенных изменений. Промежуточный Arg17-Lys25 и С-концевой Gly34-Asp36 участки, более подвижные, но обладающие предрасположенностью к формам цепи, комплементарным образовавшимся циклическим нуклеациям, детерминируют свои состояния. При этом за счет многочисленных стабилизирующих контактов происходит сближение остатков Cys5, Cys19 и Cys20, Cys33. Между ними, также не вызывая стерических осложнений, образуются еще две цисте -иновые пары. Результаты расчета, проведенного по описанной схеме (см. рис. III.20), устанавливают для инсектотоксина I] следующую систему дисульфидных связей:
I 2-16 5-19 20-33 26-31.
Образование каждой пары осуществлялось по одному механизму, в основе которого лежат конформационные свойства природной аминокислотной последовательности Во всех случаях сближенность соответствующих остатков Cys происходила, как и у апамина, тертиапина и MCD-пептида, в энергетически самых предпочтительных конформационных состояниях линейных участков; создание дисульфидных связей S(2)-S(i6) и S(26)-S(3i) не только не затруднило, а, напротив, предопределило возможность образования двух других дисульфидных связей.
