Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
10.6. НЕЙРОГИПОФИЗАРНЫЕ НОНАПЕПТИДНЫЕ ГОРМОНЫ
Рассмотренные результаты априорных расчетов апамина, тертиапина, MCD -пептида и инсектотоксина Ij свидетельствуют о том, что не дисульфидные связи определяют пространственное строение молекулы природного пептида, а, напротив, конформационные свойства линейной аминокислотной последовательности диктуют избирательную сближенность остатков цистеина. Предпосылки для окислительной реакции атомов серы обусловлены стерической предрасположенностью соответствующих участков пептидной цепи к таким конформационным состояниям, в которых остатки Cys расположены недалеко друг от друга и их боковые цепи имеют необходимую для создания S-S-мостика взаимную ориентацию. Сближенность Cys в самых низкоэнергетических конформациях линейных последовательностей достигается за счет согласованных стабилизирующих невалентных взаимодействий между всеми остатками цепи Валентному связыванию атомов S-S предшествует создание на одних участках цепи жестких нуклеаций, а на других - конформационно лабильных состояний.
Резко отличающиеся по своим конформационным свойствам участки выполняют разные функции, в равной мере необходимые для того, чтобы процесс образования дисульфидной связи совершался быстро, спонтанно и безошибочно. Благодаря нуклеациям он становится не статистическим, а детерминированным; лабильные участки локализуют и делают низко-
Рис. 111.21. Дисульфидный мостик в гош-конфигурации г10 - 2,04, г;)1) - 3,05 игщ = 3.865Л
Рис. 111.22. Схема конформационного анализа молекулы окситоцина
энергетическими все изменения геометрии пептидной цепи, которые неизбежны при сближении атомов S на валентное расстояние. В исследованиях пространственной организации упомянутых цистинсодержащих пептидов не использовалась информация о местах локализации дисульфидных связей. И тем не менее во всех случаях найденные глобальные конформации молекул отвечали геометрическим условиям создания правильной системы этих связей. Следовательно, можно констатировать, что знание цистеиновых пар не имеет принципиального значения для предсказания на основе теории и метода конформационного анализа структур природных пептидов и белков. Учет такой информации может существенно сократить число рассматриваемых в ходе анализа структурных вариантов.
При учете локализации S-S-мостика конформационный анализ цистин-содержащего фрагмента природного олигопептида или белка может быть ограничен рассмотрением его состояний только с замкнутыми формами основной цепи. Значительное сокращение объема вычислительных работ не сопровождается при этом снижением требований к строгости решения задачи. В этом случае для пептида определенной длины необходимо располагать набором соответствующих циклических структур с известными геометрическими и энергетическими характеристиками. Он может быть получен путем количественной оценки стерической и энергетической предрасположенности всех возможных конформаций модельного пептида того же размера Cys1-(Ala)„_2-Cys" к образованию дисульфидной связи. В работах В.З. Спасова и Е.М. Попова [106, 107] оценены конформа-ционные возможности модельных олигопептидов с числом остатков п от двух до шести. При большей длине цепи с концевыми остатками Cys предложенный метод становится малоэффективным.
Для получения циклических конформаций с учетом геометрических
Энергия внутри- и межостаточных невалентных взаимодействий в конформациях CysMAIa^.j-Cys"
Пептид Энергия взаимодействий, Число
ккал/моль возможных
без S-S-связи с S-S-связью
Cys'-Cys2 -3.2 - - 0
Cys'-Ala2-Cys3 -6,5 -3,5 3,0 3
Cys1 -А1а2-А1а3-Су s4 -9,8 -7,5 2,3 3
Cys '-Ala2-Ala3-Ala4-Cys5 -12,6 -14,8 -2,2 33
Cys'-AlaJ-Ala3-Ala4-Ala5-Cys6 -15,2 -17,7 -2,5 74
параметров дисульфидных связей была использована процедура, предложенная в работе [108]. В уравнение конформационной энергии был включен дополнительный член, описываемый потенциалом
Us~s = Bi(ri-ri0)2 +A(r4 - Г40)2,
/=|
где: В = 100 ккал/моль - коэффициент упругости пружины, стягивающей атомы СР и S; Г], г2, г3 и г4 - переменные расстояния между атомными парами S,—Sj, C;...Sj, S,...Cy, С^...С^; r10, r20, r30 и r40 - соответствующие равновесные расстояния при значениях угла вращения (%x-s = ±90°) вокруг связи S,—Sj, отвечающих двум минимумам торсионного потенциала - /7(xs_s) = А (У 4 - г40)2, где А = 10 ккал/моль (рис. 111.21). При этой величине параметра А барьер вращения при %s~s = 0 и 180° равен ~7 ккал/моль, что соответствует опытному значению.
Ориентировочную оценку вероятности образования S—S-мостика в пептидах CysI-(Ala)n_2-Cys'1 (п = 2-6) может дать сопоставление величин энергии внутри- и межостаточных взаимодействий глобальных циклических конформаций и соответствующих им структур с развернутой формой основной цепи ф-складчатый лист). Как видно из табл. III. 18, в которой приведены итоговые результаты расчета, образование дисульфидной связи становится предпочтительным по энергии невалентных взаимодействий между остатками, начиная с пентапептида. Здесь происходит и энтропийный скачок - резкое увеличение конформаций, стерически удовлетворяющих условиям образования S-S-мостика. Следующее из этих данных заключение отвечает реальной ситуации, касающейся дисульфидных связей в белках. Действительно, известно лишь несколько примеров образования S-S-связей на тетрапептидном белковом участке, причем почти все они включают остаток Gly. Число связей на пентапептидном участке значительно возрастает. Еще чаще встречаются в белках цистинсодержащие гексапептидные циклы. Однако не известно ни одного случая образования дисульфидной связи между цистеинами, находя-
