Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
Положение конфигурационного равновесия очень подвижно у соединений с несимметричной аминной группой. Наиболее стабильным изомером в амидах типа R'R2N-COR оказывается тот, в котором возникают меньшие силы отталкивания между R при карбониле и одним из заместителей при атоме N. Вопрос о транс- и цмс-изомерии особый интерес представляет для N-метилированных пептидов и пептидных групп, азот которых принадлежит аминокислотному остатку Pro. Группа -(H3C)N-CO -входит в основную цепь многих биологически активных соединений (деструктин, споридесмолиды, актиномицин, энниатины и др.). Метилирование пептидной группы с точки зрения невалентных взаимодействий должно приводить к уменьшению энергетической разницы между цис-и транс-состояниями. Действительно, реализация метиламидов N-ацетил-N-метил-а-аминокислот с цмс-конфигурацией группы -(H3QN-CO - обнаруживается по спектрам ЯМР [9]. Теоретический конформационный анализ молекулы метиламида Ы-ацетил-Ы-метил^-аланина с транс- и реконфигурацией третичной аминной группы показал, что энергия наиболее выгодных конфигураций с цые-формой лишь на 0,6-0,7 ккал/моль превышает энергию самой предпочтительной конформации с транс-формой, что хорошо согласуется с экспериментом [12]. Соответствующее энталь-Пийное различие у метиламида Ы-ацетил-?-пролина не превышает 0,5 •Жал/моль, а у диметиламида Ы-ацетил-^-пролина оно близко к нулю [13].
На формирование пространственного строения полипептидов оказывают влияние не только различие в энергии конфигураций отдельных звеньев цепи (хотя это важно), но и кооперативные эффекты. Поэтому в Принципе не исключены ситуации, когда даже небольшой предпочтитель-н°сти в энергии одной из форм окажется достаточно для ее реализации по ®Свй длине полипептидной цеии. Или, напротив, по общей энергии Полипептида может стать оптимальной конфигурация пептидной группы,
имеющая несколько большую (в изолированном состоянии) величину энтальпии. Например, поли-^-пролин в неполярных средах содержит пептидные группы в цис-форме (полипролин I), а в полярных - в транс-форме (полипролин II); пептидные группы у его близкого конформацион-ного аналога - поли-1Ч-метил-Ь-аланина - в тех же условиях реализуются в транс-форме. Согласно результатам теоретического анализа разность в энергии цис- и транс-полипролина невелика (0-1,4 ккал/моль в пользу последнего) и может перекрываться влиянием растворителя. То обстоятельство, что в белках и линейных природных пептидах реализуется почти исключительно транс-конфигурация пептидной группы, лишний раз подтверждает справедливость положения о согласованности (гармонии) всех видов внутримолекулярных невалентных взаимодействий атомов, исходя из принципов теории структурной организации белковых молекул [14].
М. Левитт и С. Лифсон [15], а также Дж. Дайзенхофер и У. Стей-геманн [16] проанализировали данные рентгеноструктурного анализа белков и пришли к выводу о не вполне плоском строении пептидных групп, заключающемся в отклонении двугранного угла со от 180°, пира-мидализации связей атома N и, в меньшей степени, связей карбонильного углерода. Учитывая, однако, разрешающую способность метода, речь не может идти о твердо установленных фактах, а лишь о возможных отклонениях от плоского строения группы и соответствующих инверсиях конфигураций. Теоретические расчеты энергии неплоских деформаций пептидной группы [17] показывают, что поворот вокруг связи N-C' вблизи ш = 180° на ±10°и выход связи N-C из плоскости CNCaHa 20° увеличивают энергию на 2,0—3,0 ккал/моль. Более значительными энергетическими потерями сопровождается пирамидализация связей карбонильного углерода; выход этого атома из плоскости C“ON на 0,1 А требует затраты энергии около 5,0 ккал/моль.
Таким образом, опытные данные и результаты теоретического конфор-мационного анализа показывают, что в отношении своей конфигурации пептидная группа в амидах, циклических и линейных пептидах, депсипеп-тидах и белках имеет лишь две вакансии - ю = 180° и Ю = 0°, что, в свою очередь, бесспорно свидетельствует о большой высоте потенциального барьера, разделяющего транс- и ^(«.’-конфигурации.
Имеющиеся в литературе экспериментальные данные об активационных параметрах транс-цмс-перехода (изменения свободной энергии ДСш,_9о--или близкие им величины изменений энтальпии Д//180_90°) и разностях энтальпии транс- и цмс-конфигурации (A#]8(W)°) получены при температурных исследованиях спектров ЯМР, колебательных и микроволновых спектров, а также ультразвуковым методом около 20 простых амидов. Найденные для них барьеры вращения вокруг связи N-C (Д//18о-90°) попадают в интервал 14,0-23,0 ккал/моль; приблизительно на порядок меньшие значения имеют параметры АН]т <f- (1,0-3,0 ккал/моль). По ряду причин (использование различных методов и методик, неодинаковые условия проведения эксперимента, разные способы обработки опытных данных) представляется затруднительным четкое выявление тенденции в изменениях величин Д//180_90о и в зависимости от природы
Таблица 11.2
