Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
Предсказуемо изменить конформационные возможности пептидов и белков с помощью ближних взаимодействий оказалоь нетрудно. Добиться этого можно прежде всего теми же простыми средствами, которые выработались в процессе самой эволюции органического мира. Перечислим некоторые из уже апробированных способов решения конкретных обратных задач: замена в последовательности остатка с L-конфигурацией на D-изомер; N-метилирование; замена или модификация боковых цепей остатка; замена аминокислоты на гидроксикислоту.
Иерархический характер классификации пространственного строения пептидов (см.гл. 7) позволяет разделить обратную задачу на три ступени в соответствии с их структурной градацией на шейпы, формы и конформации. Благодаря этому поиск решения задачи может строиться путем последовательной конкретизации искомой пространственной структуры
химически модифицированной молекулы. Согласно такой схеме, вначаде детерминируется соответствующий шейп пептидного скелета, затем форма основной цепи и, наконец, точная геометрия нужной конформацци Следовательно, на первой ступени решение выражается в символах ей/, на второй - в символах R, В, L, Н и лишь на третьей ступени - в численных значениях конформационных параметров ф, у, со или в координатах атомов. Вначале рассмотрим выделение шейпов пептидного скелета путем аминокислотных замен в последовательности L-аминокислот. Для иллюстрации выбран пентапептид, имеющий в общем случае 16 шейпов пептидного скелета. Как не раз отмечалось, включение в цепь остатка пролина приводит к существенному ограничению конформационной свободы предшествующего остатка, делая практически невозможным реализацию у него R-формы (если только остаток, стоящий перед Pro, не является Gly) [368]. Так как пролин может иметь только R- или В-форму, а предшествующий остаток находится в В- или L-форме, то основная цепь С-концевого дипептидного участка [Рго5]-пентапептида может принимать формы В-R, В-В, L-R и L-В, относящиеся к развернутому типу (е). Замена остатков пентапептида в четвертом, третьем и втором положениях на Pro по той же причине накладывает запрет на свернутые формы у соответствующих дипептидных участков (3-4, 3-2,
1-2). В результате количество возможных шейпов пептидного скелета у монопролинзамещенного пентапептида (за исключением [Pro1]) сокращается вдвое. Очевидно, что при замене на Pro двух остатков все возможные типы структур пентапептида будут относиться уже только к четырем шейпам. Целенаправленное выделение нужного типа пептидного скелета заменой одного остатка на Pro или путем включения его в соответствующее место последовательности достигается здесь за счет запрещения структурных вариантов многих других типов.
Предсказать заранее все последствия L-аминокислотных замен, в которых не участвует Pro, как правило, невозможно. Можно лишь утверждать, что в данном случае не происходит очевидное элиминирование ни одного типа структур. Это объясняется возможностью реализации у 19 аминокислотных остатков состояний с R-, В- и L-формами основной цепи (исключением является только Pro) и отсутствием стерических напряжений между соседними остатками при всех формах основной цепи шейпов ей/. Подтверждением сказанному может служить явление гомологии белков, т.е. реализация трехмерных структур одной и той же формы основной цепи у различных, но непременно эволюционно отобранных последовательностей. На примере нейротоксина II (см. гл. 15) показано, что у серии гомологичных белков структуры одной и той же формы основной цепи являются во всех случаях глобальными.
Интересной конформационной спецификой обладают N-метилированные аминокислоты [369]. Приведенные на рис. IV.20 потенциальные поверхности метиламида Ы-ацетил-Ы-метил-?-аланина (а) и диметиламида N-ацетил-?-аланина (в) показывают, что появление метальной группы при азоте радикально сказывается на конформационной свободе основной цепи как собственного, так и предшествующего остатка. Для первого (рис. IV.20,а) запрещается область R, а область В становится практически
р°(сл-с')
1 " 1\J\ * <3
3 а в* <?L*
/л о
Ц
<4 Он Ь ш
'к /а....... \л1
* / г
# *
- \ R*$)
3 Cr-J
!
И с. IV.20. Конформационные карты <р—vj/ метиламида М-ацетил-Ы-мети л-i. (X))-а ланина t, б), диметиламидов М-ацетил-Ц/))-аланина (в, г) и Ы-ацетил-М-метил-^(О)-аланина (с), е)
?°{Ы)
-180 -90
90 180 -90 0 90 180
у°(Н-Сл)
Рис IV.21 Конформационные карты ф—V/ метиламидов N-ацетил-^-аланина (а) и -?>-аланина (в)
а
-180 -90 О
90
-90
90 180
Рис 1V.22 Потенциальные кривые U-y метиламидов N-ацетил-^-пролина (а) и -D-пролина (в)
эквивалентной по энергии и по площади области L. Во втором случае (рис. IV.20, в) при метилировании азота основной цепи одного остатка и его предшествующего соседа становятся нереальными все конформации с формой R, а наибольшую вероятность приобретают состояния с формой В. Как и при аналогичном воздействии Pro, причина запрета формы R заключается в наталкивании, возникающем при значениях углов ф, у в области правой а-спирали и любых значениях угла %i> атомов водорода при атоме /-го остатка на атомы водорода N-метильной группы (/ + 1)-го остатка Ы-метил-^-аланина (или на атомы водорода метиленовой группы пролинового цикла) Так как для N-метилированного и предшествующего ему остатков разрешены В- и L-состояния, то основная цепь дипептидного участка может иметь развернутые (В-В, L-В) и свернутые (B-L, L-L) формы. Поэтому введение в цепь N-метилированных L-аминокислот в отличие от Pro не снижает количество подлежащих рассмотрению шейпов пептидного скелета, но резко уменьшает (по крайней мере в 2 раза) набор разрешенных форм основной цепи каждого типа, из
