Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
Небольшой энергией (Uобщ = 4,1 ккал/моль) обладает конформация B1-B2-R3-R4-R5-B6-B7-R8-L9 (eejffeee). Она имеет сначала развернутую форму основной цепи, затем в середине молекулы образует виток непра-
вильной а-спирали и вновь становится развернутой. Эта конформация в отличие от двух рассмотренных структур окситоцина имеет более свернутый, клубкообразный вид.
Значения двугранных углов ср, определенные по функциональной зависимости [109] из наблюдаемых величин вицинальных констант 3JNH сан
в водном растворе [110, 111], отвечают следующим интервалам: <p(Tyi2) -140 + -160°, ф(11е3) -60 + -80°; (p(Gln4) -60 + 7-0°; (p(Asn5) 140 160°,
(p(Cys6) -150 + -170°; <p(Leu8) -60 -г -80°. Значения углов (р у глобальной конформации окситоцина типа eeffeeff хорошо согласуются с экспериментальными. Имеющие место небольшие отклонения, на наш взгляд, вполне закономерны, учитывая изоэнергетичность структурных вариантов пептидной цепи в области взаимосвязанных вариаций двугранных углов ?~Ф/ + 1> с одной стороны, и приближенность эмпирической корреляции, использованной для определения области значения ср по величине сан _ с другой. К этому следует добавить, что глобальная конформация находится в равновесии с рядом других более высокоэнергетичных структур, что должно влиять на опытные величины 3JNH с„н. Таким
образом, найденная из расчета глобальная конформация окситоцина полностью отвечает данным ЯМР в водном растворе.
В работе [111] сделана ориентировочная оценка относительной заселенности ротамеров по углу Xi боковых цепей некоторых остатков окситоцина с использованием констант Jap, JQp. и Jpp. Из сравнения опытных
данных с результатами расчета следует, что теоретические значения углов Xi в глобальной конформации соответствуют наиболее вероятным состояниям боковых цепей, предложенным в работе [111]. В ходе анализа было обнаружено, что в конформациях типа eeffeeff состояния остатков Туг2, Gin4, Asn5 cXi~60° менее выгодны по стерическим причинам, что объясняет их меньшую заселенность. Спектр комбинационного рассеяния в области валентного колебания S-S, согласно данным [112], свидетельствует в пользу преимущественно гош-ориентации группы C-S-S-C (90 ± 30°), а согласно [113], - гош-гош-гош-ориентации группы C-C-S-S-С-С. Оба заключения полностью согласуются с расчетными значениями углов X2(Cys’), xs_s и X2(Cys6) (82, -97 и 106°). Реализация в глобальной конформации водородной связи (Tyr2)CO...HN(Asn5) подтверждается температурной зависимостью химического сдвига амидного протона Asn5, но длина водородной связи на -0,5 А больше оптимальной. Следует отметить, что в конформации, непосредственно следующей за глобальной в энергетической шкале, подобная связь отсутствует. Таким образом, сравнение данных физико-химических исследований окситоцина с результатами расчета дает основание полагать, что последние правильно отражают реальные конформационные свойства молекулы и геометрические характеристики ее равновесных структур. К аналогичному выводу приводит сопоставление результатов расчета окситоцина с данными рентгеноструктурного анализа его близкого аналога - дезаминоокситоцина [58,59]. В кристалле были обнаружены две модификации молекулы нона
пептида, геометрия которых отвечает двум наиболее предпочтительным конформациям гормона с относительной энергией 0 и 1,2 ккал/моль.
Сопоставим теперь изложенные результаты теоретического конформационного анализа [106, 107] с результатами, полученными в работе Г.В. Никифоровича и соавт. [114]. Прежде всего отметим, что результаты двух расчетов весьма близки. Этот факт представляет интерес, поскольку в этих исследованиях были использованы разные подходы и системы параметров потенциальных функций. В обеих работах глобальная конформация окситоцина имеет одну форму основной цепи, относящуюся к структурному типу eeffeeff. Значения всех двугранных углов пептидного остова совпадают с точностью 10-20°. Имеющиеся различия в конформационных состояниях некоторых боковых цепей не принципиальны, так как они практически изоэнергетичны (-1 ккал/моль) и отражают конформационную лабильность остатков. Важно отметить и полное совпадение величин относительной энергии в лучших конформациях другого структурного типа - eefffeee (4,1 и 4,4 ккал/моль). Это показывает, что в детальных исследованиях метод теоретического конформационного анализа приводит к одним и тем же результатам, т.е. оказывается малочувствительным к выбору системы параметров. Нельзя сравнить геометрию дисульфидной связи в обеих работах, поскольку в работе [114] не приведены значения двугранных углов и XS~S остатков Cys. По-видимому, выбранная в работе процедура отбора конформаций на начальном этапе исследования циклической части окситоцина более жесткая, чем в нашем случае. Этим можно объяснить пропуск конформации структурного типа effeeeff, лучшая из которых имеет энергию 1,2 ккал/моль и непосредственно следует за глобальной (табл. Ш. 20).
Исследование конформационных возможностей трех других нонапептид-ных гормонов (вазопрессина, вазотоцина и мезотоцина) (см. табл. III. 19), как уже отмечалось, выполнено аналогичным образом и независимо от результатов расчета окситоцина. Полученные данные показали, что ней-рогипофизарные гормоны имеют различное пространственное строение, которое в каждом случае не может быть охарактеризовано одной, жестко фиксированной структурой. В то же время молекулы окситоцина, вазопрессина, вазотоцина и мезотоцина не являются флуктуирующими клубками. Представление о возможных конформационных состояниях гормонов можно получить из табл. III. 20, в которой сопоставлены энергетические характеристики и вероятное процентное содержание конформаций низкой энергии. Приведенные данные позволяют сделать следующие выводы: 1) молекулы гормонов в растворе могут принимать несколько близких по энергии конформаций; 2) конформационные возможности исследованных гормонов могут быть описаны одним набором структур в основном четырех типов: eeffeeff, eefffeff, effeeeff и fffeeeff; 3) самая предпочтительная форма основной цепи каждого гормона представлена наибольшим числом низкоэнергетических состояний, т.е. выгодна не только по энтальпии, но и по энтропии; 4) различие в пространственной организации гормонов проявляется в положении конформационного равновесия, которое существенно меняется при переходе от одного соединения к другому. Поскольку в равновесии участвуют практически одни и те же конформации, специ-
