Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
зованы, образуя антипараллельную (3-структуру с соответствующей системой водородных связей.
М. Спирте и соавт. [151], исследовав УФ- и КД-спектры Met-энке-фалина в растворе при температурах 5-50°С и значениях pH 1-12, пришли к заключению о чрезвычайной внутренней подвижности молекулы, для которой характерен представительный набор равновероятных и легко переходящих друг в друга конформаций. Выбор функциональной структуры происходит, очевидно, в процессе взаимодействия энкефалина с рецепторным центром. Вывод о значительной подвижности всех боковых цепей и пептидного скелета и быстром изменении конформационного состояния Met-энкефалина был сделан также в работе Р. Деслортерса и соавт. [171] на основе данных 13С-ЯМР-спектров. Заключения в работах [151, 171] противоречат, однако, результатам исследования внутримолекулярной подвижности нейропептида, проведенного релаксационным методом ЯМР "вращающегося каркаса" [172]. И. Нигашияма и соавт. [173], изучив 'Н- и С-ЯМР-спектры Met-энкефалина с использованием эффекта Оверхаузера, пришли к выводу, что опытные данные не подтверждают предположения о преимущественной структуре с (3-изгибом и внутримолекулярными водородными связями. В работе [174] на основе данных *Н-ЯМР авторы утверждают, что наиболее предпочтительными для Met-энкефалина в водной среде являются конформации, вытянутые вдоль пептидных связей. Авторы другой работы, также использовавшие метод 'Н-ЯМР [175], пришли к выводу, что наиболее предпочтительной структурой Ьеи-энкефалина в органических средах является свернутая форма с 4 —> 1 (3-изгибом, а в мицелярных системах (SDS/H20) - свернутая форма с 5 —> 2 (3-изгибом. Наличием этих двух форм объяснено эффективное взаимодействие Lcu-энкефалина с двумя различными опиоидными рецепторами (ц- и 5-).
Met- и Ьеи-энкефалины являются теми, пока еще редкими линейными олигопептидами, которые удалось закристаллизовать и исследовать с помощью рентгеноструктурного анализа. Впервые это было сделано Г. Смитом и соавт. [52, 53, 176]. Согласно полученным данным, кристаллическая структура Met-энкефалина построена из димеров, образующих антипарал-лельные (3-складчатые листы. Молекулы димера имеют одинаковые конформации основных цепей, близкие конформации боковых цепей остатков Туг и Phe, и неупорядоченные, отличающиеся друг от друга состояния боковых цепей остатка Met (рис. III.25,а). Кристаллическая решетка Leu-энкефалина изоморфна решетке Met-энкефалина и также состоит из димеров, молекулы которых отличаются ориентациями боковых цепей Туг, Phe и Leu (рис. 111.25,(5). В кристаллах Ьеи-энкефалина, исследованных позднее И. Карле и соавт. [54, 55], идентифицированы четыре разных конформера, имеющих одинаковое пространственное строение основных цепей и различное положение всех боковых цепей (рис. 111.26). В других рентгеноструктурных исследованиях кристаллических энкефалинов [177— 179] наряду с развернутыми структурами были обнаружены также свернутые конформации молекул.
Таким образом, данные рентгеноструктурного анализа, полученные в нескольких лабораториях, существенно отличаются от рассмотренных
Рис. III.25. Наложение двух кристаллографически независимых молекул Met-энкефалина (а) и Leu-энкефалина (б) [158]
А В С В
Рис. Ш.26. Четыре конформации молекулы Lxu-энкефалина (А-D), образующие кристаллическую решетку [159]
ранее результатов физико-химических исследований тех же пептидов. Если первые свидетельствуют о реализации в кристалле главным образом конформаций энкефалинов с полностью развернутыми формами основных цепей, то вторые, несмотря на всю противоречивость их интерпретации, — о доминировании в растворе свернутых форм молекул. Данный факт легко объяснить, если воспользоваться результатами теоретического конформа-
ционного анализа пентапептидных гормонов [157]. Расчет показал, что у свободных молекул энкефалинов предпочтительность по энергии конформаций со свернутыми формами пентапептидов (см. табл. 111.21) обусловлена почти исключительно невалентными взаимодействиями сближенных в этом случае боковых цепей остатков Туг, Phe и Met (Leu). Лучшая оптимальная конформация молекулы энкефалина с полностью развернутой формой основной цепи (В-В-В-В-В) проигрывает глобальной свернутой конформации (B-B-H-R-B) -7,5 ккал/моль, причем проигрыш связан только с отсутствием из-за удаленности противоположных концов цепи стабилизирующих контактов между боковыми цепями Туг и Phe, Met (Leu). Обнаружить ^-структурную конформацию в растворе среди многих десятков других более низкоэнергетических оптимальных конформаций не в состоянии ни один физико-химический метод. Совершенно иная ситуация наблюдается в кристалле, где потеря энергии внутримолекулярных взаимодействий между остатками может быть с избытком компенсирована выигрышем энергии невалентных взаимодействий той же природы между молекулами. В результате относительная энергия всех свернутых форм резко возрастет, а развернутых - уменьшится и одна из них станет глобальной. Смещение под действием внешнего фактора положения конформационного равновесия является распространенным явлением. Оно имеет место не только при изменении агрегатного состояния, но, что более важно, при гормон-рецепторных, фермент-субстратных и многих других межмолекулярных взаимодействиях олигопептидов, несущих функциональную нагрузку.
