Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
Помимо электронной асимметрии аксиальной ординарной связи и обменного взаимодействия для объяснения потенциального барьера привлекались также электростатические диполь-дипольные взаимодействия электронных облаков противостоящих связей, квадруполь-квадрупольные Взаимодействия, включающие еще и электронное облако центральной связи, и взаимодействия валентно-несвязанных атомов. Учет каждого из этих эффектов приводил к заниженным значениям барьеров. Р. Скотт и Г. Шерага в 1966 г. предложили полуэмпирический метод расчета величины барьеров, включающих вклады от стерических и обменных взаимодействий [85]. Авторы отошли от описания только этаноподобных молекул и предложили потенциальные функции торсионных взаимодействий Для всех связей полипептидной цепи. Барьеры вращения вокруг связи N-C“(<p) и C“-C'(V) аминокислотного остатка (-HN-C“HR-C'0-) были оценены по экспериментальным данным соответствующих карбонильных соединений (СН3СОХ, где X - различные заместители). В результате
Скотт и Шерага для потенциальных барьеров и U^ получили значения соответственно 0,6 и 0,2 ккал/моль. Г. Рамачандран и В. Сасисекхаран оценили эти барьеры в 1,0 и 0,5 ккал/моль [78], а Д. Брант и П. Флори -
1,5 и 1,0 ккал/моль [86]. Де Сантис и соавт. [87] предполагают вращение вокруг связей N-C“(cp) и С“-С'(у) практически свободным и в своих расчетах регулярных конформаций пептидной цепи вообще не учитывают вклад торсионных взаимодействий.
Для вращения вокруг связей N-C“ и С“-С' Скотт и Шерага [85] предложили потенциалы U^opc = 0,3(1 + cos3cp) и С/^орс = 0,1(1 + cos3vj/). Минимумы энергии согласно существующей номенклатуре [114] у потенциала Щорс находятся при ср = 0; 120; -120°, а у t/^opc - при у = 60; 180 и -60°. Для вращения вокруг связей С“-СР(х1) боковых цепей аминокислотных остатков авторы предложили потенциал С/*орс = 1,4(1 + cos 3^!).
Величина потенциального барьера Uq принята, как и в этане, равной
2,8 ккал/моль. Максимумы функции t/*opc отвечают затененному положению связей N-C“ и СР-С* (X1 = 0, 120, -120°). При вращении ароматических групп аминокислотных остатков Phe, Туг, Тгр и His вокруг
связи CP-CY(%2) используется потенциал U*opc =0,3(1 + cos 6%2). Максимумы торсионной энергии находятся при значениях %2 = 0, 60, 120, 180, -120, -60°, отвечающих затененным ориентациям связей Са-СР и O'-С8.
Вращение вокруг частично кратной пептидной связи N-C'(co) описывается потенциальной функцией второго порядка U!?0рс = 9,0(l + cos2co) или при небольших изменениях угла со: U® = 18,0 ¦ sin2co. Г. Рамачандран и В. Сасисекхаран на основе данных ЯМР производных формамида и ацетамида определили значение потенциального барьера С/“ в 20 ккал/моль [78]. Более поздние спектральные измерения привели к несколько меньшим величинам (14,0-18,0 ккал/моль) [84].
Водородные связи. Существующие точки зрения на природу водородных связей основываются главным образом на двух ее теоретических трактовках - электростатической и донорно-акцепторной. Электростатическая модель, предложенная Полингом в 1928 г., основывается на принципе Паули, валентной схеме химической связи и классическом правиле валентности, согласно которым атом водорода, обладающий единственным Is электроном, не может образовывать более одной ковалентной связи [115]. Отсюда делается вывод, что возникновение водородного связывания обусловлено ионными силами. Экспериментально эта аргументация подтверждается тем, что прочная водородная связь в системе RXH...YR образуется в том случае, когда X и Y -наиболее электроотрицательные атомы (F, О и др.). Расчеты различных вариантов модели с точечным распределением зарядов приводили к величинам энергии Н-связи, совпадающим с опытными значениями [116— 119].
Полярная модель водородной связи, однако, противоречила многим хорошо известным экспериментальным фактам. Ее несовершенство
Ч. Коулсон увидел в том, что модель не объясняла резкого увеличения абсолютной интенсивности и полуширины ИК-полос поглощения валентных колебаний ОН- и NH-групп, отсутствие корреляции между энергией Н-связей и дипольным моментом основания и целый ряд других проявлений водородной связи. Трудно с помощью электростатической модели, например, согласовать слабую Н-связь, образуемую ацетонитрилом (дипольный момент 3,44 D), и сильную Н-связь, образуемую триметил-амином (0,7 D). С представлением, что кислота А-Н образует водородную связь с основанием В посредством электростатических взаимодействий точечных зарядов, нельзя понять, почему ацетон, диэтиловый эфир и диоксан с дипольными моментами 2,85, 1,15 и 0,4 D соответственно образуют примерно одинаковые водородные связи [120].
К мысли о том, что электростатическая концепция Полинга недостаточна для объяснения явления образования Н-связи, еще раньше (1947 г.) пришел Н.Д. Соколов [121-123]. Согласно его донорно-акцепторной теории, водородная связь RXH...YR возникает вследствие электронной делокализации, вызванной смещением неподеленной пары электронов от атома-донора Y к атому водорода - акцептору Н. Сила водородной связи
