Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
Восемь низкоэнергетических конформаций шейпов е^Ае*$2 и е&еф представляют собой комбинации самых выгодных состояний свободных нонапептида Arg'-Pro9 и пентапептида Tyr10-Cys14, к наиболее предпочтительным относятся также состояния октапептида Glu7-Cys14, приведенные в табл. IV.6. В конформациях шейпа 62/4*5/2 противоположные свернутые концы пептидной цепи удалены друг от друга (рис. IV.9). В более компактных конформациях сближенными оказываются остатки Pro2,
Cys5 и Pro8 с остатками Туг10 и Cys14. Однако из-за специфики боковых цепей этих остатков и их взаимного расположения эффективных невалентных взаимодействий здесь не возникает. Энергия конформаций подобного типа также слагается практически аддитивно из вкладов свободных фрагментов Arg'-Pro9 и Tyr10-Cys14. Конформации обоих шейпов различаются только состоянием (В или R) остатка Pro9. Из-за отсутствия дальних взаимодействий изменение одного угла V|/9 приблизительно на 180° не сопряжено со значительными энергетическими затратами.
Найденные низкоэнергетические структуры двух шейпов тетрадекапептида представляют интерес потому, что в случае шейпа форма
основной цепи полностью совпадает с конформацией фрагмента Arg'-Cys14 в кристаллической структуре БПТИ. Более того, у самой выгодной конформации этого типа рассчитанные значения двугранных углов ф, V)/, со и х совпадают с экспериментальными. Вторая группа низко-энергетических конформаций шейпа может реализоваться при
свертывании белковой цепи в условиях in vitro в процессе ренатурации восстановленной молекулы БПТИ. Т. Крейтон [7] при исследовании промежуточных состояний, образующихся при свертывании денатурированной белковой цепи, обнаружил продукт с дисульфидной связью между Cys5 и Cys14, которая отсутствует в нативной структуре БПТИ. В свете полученных результатов образование такой связи весьма вероятно. Расчет показал, что в самых предпочтительных по энергии конформациях erfnerferfi свободного тетрадекапептида Arg'-Cys14 остатки Cys5 и Cys14 оказываются сближенными (см. рис. IV.9). Таким образом, из найденных теоретически низкоэнергетических конформаций двух форм основной цепи
Jjf'c. IV.9. Шейпы предпочтительных конфор-И^иий фрагмента Arg1-Cys14 молекулы БПТИ
у (С*-С')
</> (N-CA)
Рис. IV.10. Совмещенные конформационные карты <р-у метиламида N-auemn-L-аланина и глицина (пунктир) и остатков Asp3, Phe4, Cys5 и Leu6 (a), Glu7 (б) и G1 у12 (в) в конформации фрагмента Arg1- Cys14 с иоЪщ = 2,8 ккал/моль (см. табл. IV.5) молекулы БПТИ
Замкнутые эквипотенциалы соответствуют относительной энергии 1,0 и 2,0 ккал/моль. Звездочками отмечены оптимальные значения углов <р, у (в град)
Одна совпадает со структурой в нативном белке, а другая отвечает промежуточному метастабильному состоянию при свертывании денатурированной цепи. Обе конформации представляют собой два варианта упаковки одних и тех же структур; на ранней стадии ренатурации они легко могут переходить друг в друга.
Самые предпочтительные конформации Arg'-Cys14 приведены в табл. IV.8. Обращает на себя внимание то обстоятельство, что наиболее низкоэнергетические варианты предпочтительны не только по величине общей энергии, но и по энергии каждого отдельного вида взаимодействий. Наличие такой согласованности между ван-дер-ваальсовыми, электростатическими и торсионными взаимодействиями и водородными связями делает устойчивым энергетическое распределение конформаций в отношении параметризации потенциальных функций. Для более детального иссле-
Таблица IV g
Низкоэнергетические конформации фрагмента Arg'-Cys14 молекулы БПТИ
B!22|-B2-R3,-R'rR3'RL-Bm-B8-R9
гВ*гК;!-Н12'К,3-вГ<>
—®312—R12—^ ~ R -В3 (R3) Bii2-Ri2-H -R -B3(R3) —B212-R32-H -R -B3 (R3) Hl2-R13-B j4(Rj4) H -R -B3 (R3)
-R ^ —R * ^ 212 12
—^312“^12“^ —(^3)
В
L-B,
-r12-h -R -B3(R3) -h12-r13-b‘4(r‘4)
R11
212 *32
дования силового поля конформации фрагмента Arg'-Cys14, совпадающей с экспериментом (UoCm = 2,8 ккал/моль) (см. табл. IV.8 и рис. IV.9), получен ряд сечений ф-vj/ потенциальной поверхности. Для их построения определялась энергия во всех точках той низкоэнергетической области конформационной карты ф-л{/ монопептида, в которую попадают значения двугранных углов соответствующего остатка в исследуемой конформации Arg]-Cys14. Положение боковой цепи этого остатка и конформационные состояния других остатков фрагмента в данном случае остаются неизменными. Сечения были построены для Asp3, Phe4, Cys5, Leu6, Glu7, Pro8, Pro9, Gly12 и Pro13. На конформационных картах ф-vj/ остатков Asp3, Phe4, Cys5 и Leu6 с R-формой основной цепи обнаруживается лишь один энергетический минимум. На рис. IV. 10, а потенциальные минимумы остатков Asp3, Phe4, Cys5 и Leu6 совмещены с областью R конформационной карты метиламида N-ацетилаланина. На карте cfv—vj/ свободного монопептида они занимают небольшую площадь в средней части области R, имеющей самую низкую энергию. Найденные для оптимальной конформации фрагмента Arg'-Cys14 (U0бЩ = 2,8 ккал/моль) значения ф, V|/ точно отвечают самым низкоэнергетическим точкам соответствующих минимумов.
