Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
Таким образом, секретин в качестве гормона участвует в деятельности пищеварительной системы, центральной нервной системы и симпатической части вегетативной нервной системы, причем в каждой из них он выполняет ряд регуляторных, а возможно, и других функций. Иными словами, молекула секретина полифункциональна. Исследование разнообразных натуральных и синтетических фрагментов секретина показало, что всем спектром гормональной активности обладает целая интактная молекула [229, 230]. В структурных исследованиях обычно используют синтетический гормон [231-233]. Кривые КД и ДОВ синтетического секретина и его фрагмента (5-27) оказались сходными по основным характеристикам [233]; был сделан вывод, что в стабилизации конформации секретина в растворе вклад его N-концевого тетрапептидного участка невелик. Исследование методом кругового дихроизма последовательно наращиваемых синтетических фрагментов секретина показало, что пептидная цепь молекулы частично свернута в а-спиральную форму [232-234]; были выделены два потенциально возможных спиральных участка - один в N-концевой, другой
С-концевой частях пептида. Существенное значение в стабилизации информации секретина, по мнению М. Бодански и соавт. [235], должны драть взаимодействия между отрицательно заряженными остатками Glu9 8 Asp15 и положительно заряженными остатками четырех аргининов (Arg12, Arg14, Arg18, Arg21) последовательности молекулы, поскольку замещения Glu9 и Asp15 соответственно на нейтральные остатки Gin9 и Asn15 приводило к заметному изменению спектров КД исходного соединения. Применение ЯМР-спектроскопии [236] привело к предположению о наличии структуры секретина, предпочтительной для кислой среды, стабилизированной взаимодействиями остатков на участках последовательности 1-14 и 15-27. В то же время результаты ряда других экспериментальных исследований дают основание полагать, что секретин довольно устойчив и не теряет биологических свойств как в чистой воде, так и в присутствии липидов [237-239].
По аналогии со структурами фрагмента 1-29 релизинг фактора гормона роста, его аналогов и глюкагона секретину, принадлежащему к одному с ними семейству, приписывается полностью а-спиральная конформация [240-243]. В работе [244] исследовано пространственное строение молекулы секретина в растворе диметилсульфоксида с помощью 'Н-ЯМР-димер-ной спектроскопии с привлечением эффекта Оверхаузера и эмпирических корреляций. Полученный набор из 98 значений двугранных углов ср и межатомных расстояний использован в качестве исходного экспериментального материала для расчета структуры секретина методом молекулярной динамики. Определение проводилось в два этапа. Сначала рассчитывалась серия конформаций, удовлетворяющих вводимым опытным значениям. Затем у них были отобраны десять наиболее близких структурных вариантов, на основе которых построена новая конформация молекулы, в наибольшей степени соответствующая, по мнению авторов, результатам экспериментальных измерений. После тщательной минимизации она была признана глобальной структурой гормона в растворе DMSO. Поскольку полностью пространственное строение секретина описывается более 130 независимыми конформационными параметрами, то расчет Т. Бланделла и С. Вуда [244], выполненный на основе 98 экспериментальных данных, не может считаться объективным, особенно если в растворе реализуется не одна конформация, а несколько.
Определение структурной организации секретина, проникновение в область его взаимоотношений с рецепторами, принадлежащими разным системам организма, выяснение кинетики и динамики механизмов этих отношений, понимание на атомно-молекулярном уровне назначения секретина в их реализации, умение целенаправленно влиять на его регуляторные и другие физиологические действия и, наконец, создание соответствующих фармацевтических препаратов - все это не может быть достигнуто традиционным путем, т.е. на чисто эмпирической основе и при Использовании исключительно экспериментальных методов, как бы разнообразны и совершенны они не были. Даже первый шаг в сторону сознательного количественного изучения структурно-функциональной организации секретина, а именно исследование конформационных возможностей Молекулы и определение набора ее низкоэнергетических пространствен-
Рис. 111.30. Схема конформационного анализа молекулы секретина
ных структур, нельзя сделать иначе как только на основе конформационной теории природных пептидов и соответствующего метода расчета.
Как и в рассмотренных выше случаях, здесь нельзя привести и обсудить все детали априорного расчета трехмерной структуры молекулы секретина. В этой главе представлены в сжатой и полуколичественной форме данные о всех этапах конформационного анализа секретина и описаны особенности структурной организации гормона.
Конформационный анализ секретина выполнен по представленной на рис. III.30 схеме, в которой порядок расчета фрагментов указан стрелками. Напомним, что при наличии согласованности всех видов внутримолекулярных взаимодействий способ разбиения аминокислотной последовательности на отдельные фрагменты и порядок расчета не имеют принципиального значения и не влияют на конечный результат. Схема теоретического конформационного анализа диктуется техническими, иногда интуитивными соображениями, а чаще всего подсказывается самим ходом решения задачи. Поэтому лишь в конце расчета становится ясным окончательный вариант разбиения цепи на участки и последовательность их анализа. Исследование конформационных возможностей N-концевого гептапептид-ного фрагмента секретина His’-Thr7 было начато с детального анализа пространственного строения его трипептидных участков His'--Ser2-Asp3 и Thr5-Phe6-Thr7. Затем при всех возможных сочетаниях найденных низкоэнергетических состояний трипептидов рассчитывались потенциальные поверхности гептапептида путем построения семейства конформационных карт ф4—V|/4 срединного остатка Gly4. Значения двугранных углов ф4,1[/д низкоэнергетических областей каждой конформационной карты и геометрия соответствующей комбинации предпочтительных конформаций свободных трипептидов служили исходными для минимизации структурных вариантов His’-Thr7. Для первого трипептида было составлено 125 начальных приближений, а для второго - 82. Результаты минимизации структурных вариантов при изменении двугранных углов основной цепи (ф, ц/, (О) и боковых цепей (%) свидетельствуют о слабой энергетической
