Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
^рпий а-спирального типа образование дисульфидных мостиков Qys3-Cys11 и Cys3—Cys23 невозможно из-за большой удаленности атомов серы (>20 А). Остатки Cys17 и Cys23 находятся на меньшем расстоянии („10 А), но и здесь вследствие большой жесткости а-спиральной структуры сближение атомов S на валентное расстояние (2,04 А) и образование мостика Cys17-Cys23 нереальны. Таким образом, у а-спиральных конформаций Leu'-Cys23 отсутствует предрасположенность к созданию дисуль-фядной связи. Аналогичной проверке подверглись все конформации (J-структурного типа. Было выяснено, что ни одна из них не может образовывать дисульфидные связи Cys3-Cys17 и Cys,7-Cys23. Соответствующие остатки расположены далеко друг от друга, их сближение приводит к рассогласованию многих стабилизирующих контактов и, как следствие, к резкому увеличению конформационной энергии. В отношении S-S-мостика между Cys3 и Cys23 структуры этого типа ведут себя различно. У большинства конформаций расстояния между атомами СР боковых цепей цистеинов превышают 16 А, и все попытки образовать дисульфидную связь оказались безуспешными. Исключение составляет конформация с иобщ = 2,6 ккал/моль (см. табл. IV. 1). У нее С-концевой фрагмент Cys'^Cys23 огибает жесткий пептидный каркас, образуя кросс-р-структуру (см. рис. IV.3). В отмеченной структуре атомы СР остатков Cys3 и Cys23 находятся на расстоянии 5,5 А, что лишь на 1-2 А превышает расстояние СР...СР в дисульфидном мостике.
Образование S-S-связи неизбежно сопряжено с изменениями (в данном случае незначительными) двугранных углов линейной конформации. Чтобы они не оказались случайными, а были согласованы между собой и не вызывали дестабилизацию невалентных контактов, сложившихся в этих структурах, были исследованы сечения потенциальной поверхности и установлена зависимость между значениями двугранных углов фрагмента Cys17-Cys23 и расстоянием С^3)...С(23). Из общих соображений очевидно, ЧуГО сближение атомов серы нецелесообразно осуществлять за счет изменения параметров участка Glu20-Thr21-Asn22-Cys23, имеющего комплементарную к структуре Leu'-His4 форму основной цепи Вго-В21-В22-В23. Для этого более подходят двугранные углы фрагмента Ser18-Gly19-Glu20. Согласованные между собой конформационные карты <fcr~Vi8 и ф2о-^19 Для структуры с ?/общ = 2,6 ккал/моль приведены на рис. В/.4, а, в. Области низкой энергии на обеих картах имеют форму узких вытянутых желобов, что свидетельствует о линейной зависимости между ^Качениями углов \|/18 и ф19 и между \|/19 и ф20. На рис. IV, б, г приведены в
lex же координатах расстояния С^3)...С^23). Сопоставление позиций а, б с Позициями в, г свидетельствует о симбатности изменений потенциальной энергии и расстояния С^3) С^23) в зависимости от значений двугранных
Углов у18, ф19, \|/19, ф20. При совмещении позиций а, в а б, г низкоэнергетические желоба попадают точно в области минимальных расстояний Между остатками Cys3 и Cys23. Таким образом, линейная последовательность Leu'-Cys23 обладает предрасположенностью к такому формообразованию, которое неизбежно ведет к сближению остатков Cys3 и
Рис. IV,4. Зависимость конформационной энергии (а, в) и расстояния между атомами Су) и (б, г) от значений двугранных углов Ф19 — Vis и <P2o_Vi9 в оптимальной
линейной конформации фрагмента Leu1- Cys23 Энергия в ккал/моль; расстояние в А, углы в град
Cys23 и к образованию между ними дисульфидной связи, не вызывающей нарушения ранее сложившихся благоприятных взаимодействий.
После выбора оптимального расстояния С^.-.С^з) (-4,0 А) и минимизации энергии с несколько измененными исходными значениями углов \|/18, ср 19, V|/19, Ф20 строились конформационные карты в поле
конформации с Uaбщ = 2,6 ккал/моль. На их основе были подготовлены наиболее выгодные для дисульфидной связи взаимные ориентации боковых цепей Cys3 и Cys23. Глобальная циклическая конформация фрагмента нейротоксина Leu'-Cys23 с формой основной цепи B17-B18-R19-B2()-B21-В22—в23 и значениями углов xf»X?3 ~ 180, -60° обладает доминирующей предпочтительностью в сравнении с альтернативными структурными вариантами. Абсолютная энергия ее стабилизирующих взаимодействий (—99,8 ккал/моль) практически совпадает с энергией, соответствующей конформации линейной последовательности (-100,7 ккал/моль, Uaбщ = = 2,6 ккал/моль), а расчетные значения параметров дисульфидной связи -с экспериментальными величинами (2,04 А для S-S и 3,05 А для CP...S)-Угол вращения ^s_s — 110° отвечает промежуточному между гош(±90°)-
и транс(\80°)-расположениями связей C^3)-S(3) и Таким
образом, теоретический конформационный анализ участка нейротоксина 420
j^eu1—Cys23 показал, что для него реальной является лишь одна циклическая структура.
%. Структурные данные об участке нейротоксина Leu'-Cys23 и результаты Обследования конформационных возможностей большого числа его постепенно усложняющихся фрагментов позволяют следующим образом опи-еать механизм укладки белковой цепи из полностью развернутого состояния в глобальную циклическую конформацию. Формирование структуры начинается с октапептидного участка Asn5-Pro12. Его самая выгодная вонформация шейпа е^2е2 входит в глобальную конформацию фрагмента i,eu'-Cys23. Предшествующий ему и последующий пентапептидные фрагменты Leu'-Asn5 и Thr'3-Cys17 обладают в изолированном состоянии большой конформационной свободой. Важно, однако, что среди низкоэнергетических вариантов имеются конформации с полностью развернутыми формами основной цепи. Именно они оказываются наиболее предпочтительными для Leu'-Asn5 и Thr13-Cys17 при состыковке с Asn5-Pro12 в Конформации типа е^2е2- В результате у фрагмента Leu'-Cys17 образуется антипараллельная P-структура, с которой по величине энергии (но не Энтропии!) может конкурировать только одна конформация, состоящая из двух коротких а-спиральных сегментов (см. рис. IV.3). Дальние взаимодействия в такой структуре между фрагментами Leu'-Asn5 и Thrl3-Cys17 НС только детерминируют у них развернутые формы основной цепи, но и дополнительно стабилизируют конформационное состояние октапептида Asn5 -Pro12. Это приводит к образованию у фрагмента Leu'-Cys17 конформационно жесткой структуры - нуклеации. Для следующего участка нейротоксина Cys17-Cys23, отличающегося также большой подвижностью, щуклеация Leu'-Cys17 служит матрицей, которая детерминирует у него |ресколько близких по энергии конформационных состояний (см. табл. W.1). Образование дисульфидной связи между Cys3 и Cys23 делает реальной для Leu'-Cys23 лишь одну конформацию.
