Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
Э-Меланотропины. В этом разделе рассмотрены конформационные воз-
Ala-Glu4y54ys^spS-Glu6-Gl4-Pro‘Tyr-Ar9°MetflGlu2His5PhB,Ar55Trp66li]75erW9Pro0L45:t'A5pn
Рис. Ш.29. Схема конформациошого анализа молекулы Р-меланотропина человека
можности Р-меланотропинов быка и человека, последовательности которых содержат соответственно 18 и 22 аминокислотных остатка. Основные этапы фрагментарного анализа пространственного строения р-мелано-тропина быка [31] показаны на рис. III.28. Расчет конформационных возможностей каждого из выделенных в схеме фрагментов, в свою очередь, включал несколько стадий. Минуя многие детали, начнем рассмотрение сразу с результатов анализа всей молекулы. В табл. III.26 приведены шейпы пептидного скелета вероятных структур гормона, относительная энергия которых попадает в интервал - 0-12,0 ккал/моль; их всего 12. Столь резкая дифференциация конформаций Asp'-Asp18 по энергии, которая произошла при объединении низкоэнергетических состояний свободных фрагментов в единую цепь, свидетельствует об уникальности условий реализации значительных стабилизирующих взаимодействий между удаленными остатками при максимально плотной упаковке и согласованности взаимодействий на всех участках последовательности природного октадекапептида. Не случайно, что эти условия, т.е. наличие стери-ческой комплементарности всех участков молекулы, удовлетворяются только при комбинациях единичных, самых выгодных конформационных состояний фрагментов. Именно данное обстоятельство обусловливает, во-первых, детерминированный, а не статистический механизм спонтанной и безошибочной сборки аминокислотной последовательности в нативных условиях и, во-вторых, быстрое смещение конформационного равновесия в
№ Шейп Конформационная энергия,
п/п 1-7-13-18 ккал/моль
^вдв и™ ^ТОрс
feffee-
¦efflef—
- eeefe
¦ ff№—
efffee -
г-Ш-
10
11
12
feeff
- feeff — eeefe
I— eeefe L feeff
efffff-
— feeffe-----------
Ш-----------------feeff
-eeefe
-Me~\
-feefff-
0 -94.9 -4,4 17.7
4,1 -90,4 ^,6 17.5
7,6 -83,3 -3,0 12,3
10,7 -85.5 2,1 10,4
0,5 1 -3,6 11,4
ОО
ОО
ОО
3,4 -86,0 -3,4 11,6
1,9 -89,9 -3,9 14,1
3,5 -85,7 ^1.0 11,6
3,0 -89,7 1,1 10,1
4,2 -86,3 -3,7 12,6
6,6 -83,1 ---4,0 12,1
8,7 -97,2 14,1 10,2
сторону актуальной структуры гормона под действием специфического рецептора или иных межмолекулярных сил. Из табл. 111.26 видно, что все предпочтительные структуры молекулы Р-МСГ представляют собой комбинации трех конформаций участка Asp'-Met7, восьми - Met7-Gly13 и двух конформаций участка Gly -Asp18, имеющих, как показал расчет, минимальные значения энергии для указанных фрагментов в свободном состоянии. Нельзя не обратить внимание на следующий интересный момент, наглядно демонстрирующий роль межостаточных взаимодействий в структурной организации пептидов. Расчет а-меланотропина, как отмечалось выше, привел к заключению о значительной конформационной Жесткости гептапептидного фрагмента Met4-Gly10. Расчет же р-мелано-тропина, содержащего точно такой же участок в положении 7-13, показал, что при ином окружении он относится к наиболее лабильным фрагментам молекулы. В правой части табл. III.26 приведены энергетические вклады внутри- и межостаточных дисперсионных, электростатических и торсионных взаимодействий. Они свидетельствуют об альтернативном характере стабилизации различных низкоэнергетических конформаций молекулы гормона. Например, в глобальной конформации энергия дисперсионных меж-
остаточных взаимодействий на 5,0 ккал/моль ниже соответствующей энергии у непосредственно следующей за ней конформации с Uo6 = = 0,5 ккал/моль. Благодаря этому положение равновесия становится чувствительным к внешним условиям и будет смещаться в сторону второй структуры при переходе от полярной среды к гидрофобной. Конформация, уступающая глобальной 8,7 ккал/моль, на первый взгляд малоперспективна. Высокая энергия этой конформации связана с небольшим вкладом в стабилизацию межостаточных электростатических взаимодействий. Однако она является самой стабильной по дисперсионным взаимодействиям. Поэтому можно ожидать, что в сильнополярных средах, где роль внутримолекулярных электростатических взаимодействий значительно снижается, конформация с Uo6lll = 8,7 ккал/моль окажется наиболее предпочтительной.
Обратимся теперь к Р-меланотропину человека, аминокислотная последовательность которого представляет собой пептидную цепь рассмотренного нами Р-меланотропина быка, продолженную на N-конце тетрапептидом Ala’-Glu2-Lys3-Lys4. Октадекапептидные участки гормонов (соответственно 1-18 и 5-22) отличаются лишь двумя остатками; вместо Ser2 и Lys6 у Р-МСГ быка в последовательности Р-МСГ человека находятся соответственно остатки Glu6 и Arg10 (рис. III.29). Несмотря на близость химического строения двух родственных гормонов, конформационный анализ p-меланотропина человека выполнен в значительной мере независимо от результатов расчета гормона быка (сравните рис. III.28 и III.29). Из полученных ранее данных были использованы в качестве исходных структурных вариантов конформационные состояния додекапептидного фрагмента Met -Asp18 р-МСГ быка. Расчет N-концевой половины Ala’-Arg10 гормона человека, существенно отличающейся от соответствующего участка гормона быка, выполнен по схеме, приведенной на рис. III.29. Пропустим все промежуточные стадии конформационного анализа Р-МСГ Ala’-Asp22 и перейдем сразу к обсуждению результатов расчета завершающего этапа и сопоставлению их с данными анализа Р-МСГ Asp -Asp18. У молекулы Р-меланотропина человека было проанализировано 220 начальных приближений, составленных из 20 оптимальных конформаций фрагмента Ala'-Arg10 и 11 оптимальных конформаций фрагмента Metn-Asp22, представляющих собой лучшие структурные варианты различных шейпов пептидного скелета. В результате полной и частичной минимизации энергии, построения конформационных карт и снятия наталкиваний оказалось, что только девять оптимальных конформаций обладают относительной энергией, не превышающей 10 ккал/моль (табл. 111.27). Как и во всех других рассмотренных случаях, низкоэнергетические пространственные структуры молекулы являются комбинациями предпочтительных состояний фрагментов. Количество выгодных конформаций на ряде участков последовательности ограничено, а их сочетания обнаруживают чрезвычайную чувствительность к энергии межостаточных взаимодействий. Наиболее подвижной в структурах молекул р-МСГ человека и быка является последовательность Met1 -Gly17 (Met7-Gly13). У октадека-пентида конформационные возможности этого участка характеризуют восемь низкоэнергетических состояний (см. табл. III.26), а у докозапепти-
