Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
До сих пор при решении обратной структурной задачи были использованы такие аминокислотные замены, воздействие которых на конформационные возможности молекулы легко поддавалось априорной оценке, во Ьсяком случае на уровне формы основной цепи и шейпа. Строгий количественный анализ требовался лишь для определения порядка расположения конформационных состояний по величинам энергии в узком ряду отобранных вариантов. Поскольку стандартные аминокислотные остатки, кроме Gly и Pro, имеют сходные конформационные карты ф-\(/ с разрешенными областями R, В и L, то все замены, не касающиеся указанных двух остатков, не ведут к априорному исключению каких-либо форм и Йгейпов пептидного скелета. Влияние таких замен на конформационные возможности зависит не столько от ближних, сколько от средних и дальних Взаимодействий, т.е. от сложной системы внутримолекулярных контактов, определяемой не отдельными остатками, а всей последовательностью. Поскольку в каждом случае ситуация уникальна, то выявить последствия Замен даже в отношении форм и шейпов пока можно только расчетным путем. При этом целесообразно руководствоваться следующими соображениями. Включение остатка с более объемной боковой цепью, Например замена Ala на Val, всегда вызывает стерические ограничения и Приводит к смещению положения конформационного равновесия, характерного для соответствующего природного пептида. Его низкоэнергети-
ческие конформации могут служить для модифицированной последовательности набором исходных для минимизации структурных вариантов. Следующим объектом рассмотрения будет аналог 5-пептида, в котором остатки Ala2 и Gly8 замещены на Val2 и Val8 (табл. IV.25). Можно было ожидать, что включение в последовательность сразу двух остатков с объемными и негибкими боковыми цепями существенно изменит энергетическое распределение конформаций природного нонапептида. Однако до расчета трудно было предположить, что глобальной структурой модифицированной последовательности станет конформация (VIII), имеющая в выделенном для 5-пептида ряду самую высокую энергию. Оказалось, что оба остатка Val хорошо вписываются только в структуру VIII, не изменяя ее геометрию и не разрушая сложившуюся систему взаимодействий. Напротив, стабильность этой структуры у р/а12’8]-аналога возрастает по сравнению с 5-пептидом на 8 ккал/моль. Включение же остатков Val в самые лучшие конформации гормона I, Ila, III, IV дестабилизирует их Например, в случае (I) конформационная энергия повышается на
3,5 ккал/моль.
Модификация 5-пептидной последовательности - замена Asp5 на Asn5 -самая незначительная в стерическом отношении, но весьма существенная в электронном. Она делает реальными для [А5п5]-аналога структуры лишь одного типа - eefeefee, среди которых доминирует конформация Па. Как показывает расчет, в этом случае изменения касаются только двух межостаточных взаимодействий, а именно контактов Asn5 с Glu9 и с Tip1. Отсутствие отрицательного заряда у остатка в пятом положении, являющегося центральным в структуре На, снимает электростатическое отталкивание между остатками первой пары (с +6,8 ккал/моль у 5-пептида до +0,2 у [А5П5]-аналога). Одновременно, правда, пропадает стабилизирующее полярное взаимодействие между остатками второй пары, которое, однако, у 5-пептида в конформации Па значительно менее эффективно (-3,0 ккал/моль). Из сопоставления соответствующих данных табл. IV 23 и IV.25 можно видеть,что понижение конформационной энергии Па с -11,5 ккал/моль у 5-пептида до -17,5 ккал/моль у [А5п5]-5-пептида обусловлено главным образом электростатической стабилизацией Подобный эффект имеет место и в конформации (I), хотя выигрыш здесь составляет только -2,4 ккал/моль. Кроме того, в конформации (I) боковая цепь Asn5 не может быть ориентирована так же, ка^ Asp5 в молекуле природного гормона. Вынужденное изменение угла Xi с-60 до -180° сопровождается ослаблением дисперсионных взаимодействий Asn5 с Ala2 и Gly3 по сравнению с Asp5 приблизительно на 3,0 ккал/моль. Если у 8-пептида абсолютная энергия конформации (I) равна -12,6 ккал/моль, то у его [А$п5]-аналога она составляет -10,8 ккал/моль.
[Азп5]-аналог и рассмотренный до него [Рго6]-аналог могут быть рекомендованы для изучения биологической активности природного соединения, за которую ответственна конформация шейпа eefeefee, т.е. для изучения иной части спектра биологического действия гормона, чем при использовании [D-Ala3]-, [Pro4]- и [Рго7]-аналогов. Молекула [Рю6]-аналога имеет практически в чистом виде структуру типа eefeefee при сохранении всех химически активных групп природного нонапептида. У молекулы
Аналог Номер Шейп Конформация ^общ’ Энергетический вклад, ккал/моль
Внутриостаточ Межостаточные ^торс
ные взаимодейст взаимодействия
вия
U вт V3n
[Val2-8]- VIII Шее nl р2рЗтт4р5 p6p7 n8n9 0 -3,4 25,5 -28,2 -11,7 4,5
l\2il4 К п гч-21 Л Л32°2°321
