Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
Молекулы энкефалина являлись объектами многочисленных теоретических конформационных исследований. Впервые расчет структуры Met-энкефалина был проведен в 1977 г. Дж. Де-Коэном и соавт. [167, 180]. На основе анализа 400 структурных вариантов молекулы, сформированных путем комбинации конформационных состояний свободных остатков, отвечающих минимумам на соответствующих картах ср—\|/, выделены 15 конформаций с относительной энергией 0-3,0 ккал/моль. Они имеют как свернутые, так и полностью развернутые формы основной цепи, причем вторые являются более предпочтительными. В наборе низкоэнергетических конформаций на предпоследнем месте оказалась структура с Ргизгибом, предложенная ранее на основе данных ЯМР [149, 153]. Ввиду крайне упрощенной методики расчета, исключающей реальную оценку межостаточных взаимодействий прежде всего боковых цепей и их пространственной ориентации, выводы работ [52, 167] трудно считать достаточно обоснованными. Использованный неконтролируемый подход к выбору исходных конформационных состояний остатков и отсутствие минимизации энергии по углам внутреннего вращения не гарантируют от пропуска действительно низкоэнергетических структур Met-энкефалина и ошибочного конформационного распределения по величинам энергии.
Более тщательный теоретический анализ Met-энкефалина выполнен У. Изогаи и соавт. [181]. Найденная глобальная конформация молекулы имеет свернутую форму с Э2_изгиб°м и центральными остатками Gly3-Phe4. Она стабилизирована невалентными взаимодействиями элементов основной цепи и водородной связью между группами ОН тиро-
дановой боковой цепи и СО Gly3 или Phe4. Боковые цепи остатков метио-щЯна и фенилаланина ориентированы в среду и конформационно свободны. Аналогичную форму имеют еще шесть конформаций с энергией 0,2-Д,0 ккал/моль, отличающихся положением боковых цепей. Расчет авторов работы [181] в основном согласуется со спектральными данными ЯМР (149, 153, 165, 168], подтверждая предположение о предпочтительности молекулы Met-энкефалина в разбавленном растворе конформаций одной формы основной цепи.
Геометрия глобальной структуры, полученной в исследовании [181], полностью совпадает с найденной нами независимо самой выгодной конформацией молекулы (табл. III.21) не только по шейпу пептидного скелета (efff), но и по форме и ориентациям боковых цепей (I^nBHR^E^n)- Более того, имеется удовлетворительное количественное совпадение двугранных углов ср, у, со и х всех остатков (средний разброс не превышает 8°). рассчитанные в этой работе структурные варианты иных типов имеют существенно более высокую энергию. Так, относительная энергия лучшей конформации типа effe (в нашей классификации), непосредственно следующей за глобальной, составляет 5,4 ккал/моль. Найденная нами количественно точно такая же в отношении всех деталей конформация имеет энергию 3,5 ккал/моль. Различие не так существенно, однако важно другое. Согласно нашему расчету, между конформациями шейпов efff и effe (С/0бщ = 0 и 3,5 ккал/моль) находятся конформации еще двух типовое HJШ’ лучшие из которых имеют энергию 1,5 и 2,4 ккал/моль. По данным расчета У. Изогаи и соавт. [181], самые низкоэнергетические структуры этих типов характеризуются значениями иобщ соответственно около 6,0 и
11,0 ккал/моль. Причина состоит в ошибочной стратегии анализа. Полностью свернутая структура 0557) представлена в рассмотренном наборе лишь а-спиральной формой, которая и по нашим данным действительно невыгодна для последовательности Met-энкефалина. Другие же формы спирального типа, оказавшиеся в данном случае более предпочтительными, не проанализированы. Из всех возможных вариантов шейпа fffe рассмотрены структуры только с формой бсновной цепи BHRBB, а самые низкоэнергетические структуры этого типа, имеющие, по нашим данным, форму BLHBR, во внимание не были приняты. Таким образом, вывод авторов [181] о доминирующем содержании в растворе конформаций efff Met-энкефалина не отражает реальную ситуацию, а является следствием значительных пропусков в наборе исходных конформационных состояний.
К интересному заключению, противоречащему начинающему складываться представлению об актуальной для проявления опиоидной активности конформации Met-энкефалина, пришел в результате теоретического анализа природной молекулы и ее аналогов Ф. Момани [182]. Биологические испытания [D-Ala ]- и [D-Ala3]-аналогов Met-энкефалина показали, что активность первого соединения в несколько раз выше, чем у природного нейропептида, а у второго - практически отсутствует [ 183— 185]. Если установленная экспериментально [129, 133, 145, 168] и рассчитанная априорно [181] глобальная конформация шейпа efff действительно ответственна за взаимодействие с опиатным рецептором, то замена Gly‘
на D-Ala2, учитывая данные биологических испытаний, не должна привести к существенному изменению ее геометрии и величины относительной энергии. Расчет Момани, однако, показал, что это не так. Глобальной у [0-А1а2]-Ме1-энкефалина является конформация другого типа, а именно fffe, а конформация efff, самая выгодная для природного пентапептида, обладает заметно большей энергией. В свете таких данных, казалось бы, оправданным выглядит предположение о том, что конформация типа efff не имеет отношения к активному центру опиатного рецептора. Но это только на первый взгляд. Поскольку в работе У. Изогаи и соавт. [181], на основе результатов которой было проведено исследование [182], не рассматривались все возможные типы структур, а у каждого типа - все возможные формы основной цепи, то вывод Момани лишен строгого обоснования. Самая предпочтительная конформаций шейпа efff могла иметь не BBHRB-форму, а, например, не рассмотренную в [181] форму RLHRB, также не противоречащую известным опытным данным. При замене Gly2 на D-Ala2 она осталась бы глобальной у [0-А1а2]-Ме1-энкефалина, а при той же замене Gly3 стала бы нереальной для [0-А1а3]-аналога. В этом случае для объяснения результатов биологических испытаний пришлось бы сделать вывод, прямо противоположный уже сделанному в [182]. Что же касается конкретных результатов расчета Момани, то они очевидны. В рассматриваемой конформации Met-энкефалина остаток Gly2 находится в состоянии В. Для остатка D-Ala оно крайне невыгодно, поскольку энергетически эквивалентно состоянию Н для L-Ala, которое, как известно, практически не обнаруживается в структурах пептидов и белков у аминокислотных остатков, за исключением глицина. В структуре же шейпа fffe, следующей за efff и имеющей, согласно нашим данным, форму BLHBR (см. табл. III.21), замена Gly2 на D-Ala2 не ведет к повышению энергии, и поэтому она становится глобальной.
