Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
Хорошо известно, что конформационное состояние молекул, особенно $®ких лабильных, как молекулы пептидов, существенно зависит от природы растворителя. Естественен вопрос - какой же смысл в этом случае имеют результаты теоретического рассмотрения пространственного строения изолированной молекулы, или, как часто принято говорить, Цолекулы в вакууме? Очевидно, результаты такого анализа были бы полностью лишены физического смысла, если бы окружающая среда опре-
м
н
н
R
¦С—R
Н
С—Н
а
н
/
сн
н
/
3
сн
з
*>= -72°, ф= 70°
*> = 61°, ф = -67°
Рис II 12. Конформации М и Н метиламидов N-ацетил-а-аминокислот с внутримолекулярными водородными связями
деляла пространственное строение находящейся в ней молекулы подобно тому, как скульптор определяет форму своего произведения. Однако механизм воздействия среды совершенно иной. Она не создает у растворенных молекул новой пространственной формы, а влияет лишь на положение равновесия конформаций, обусловленных только внутренним строением самих молекул, смещая его в сторону тех структур, которые лучше всего взаимодействуют с молекулами растворителя. Следовательно, теоретический конформационный анализ изолированной молекулы выявляет весь набор присущих ей пространственных форм и определяет порядок их расположения в энергетической шкале согласно внутримолекулярным взаимодействиям. Влияние растворителя сказывается в перераспределении этого порядка, что вполне возможно из-за небольшого различия в энергии оптимальных форм лабильных молекул.
В рамках механической модели молекулы автором данной монографии и соавт. [83] была рассмотрена возможность учета влияния растворителя на конформационное равновесие пептидов соединений. Мы попытались это сделать путем различной параметризации потенциальных функций некоторых видов взаимодействий валентно-несвязанных атомов. Из энергетических вкладов различных видов взаимодействий в общую конформационную энергию молекулы составляющие С/вдв, С/угл и Umpc, по-видимому, не будут претерпевать существенных изменений под влиянием растворителя. Они описывают такие взаимодействия между атомами и связями, которые являются значительными лишь при малых расстояниях (<2,5-3,0 А). Энергия же водородной связи сильно зависит от растворителя. Предложенный нами потенциал водородной связи [20] легко учитывает это влияние путем вариации параметра D энергии диссоциации водородной связи. По экспериментальным оценкам Дж. Шеллмана [84], Т. Клотца и И. Франзена [85] энергия димеризации N-метилацетамида в СС14 составляет около 4,0, в СНС13 - 2,0 и в воде - 0-1,0 ккал/моль Исходя из этого в конформационном анализе монопептидов в неполярной среде была принята величина D = 4,0 ккал/моль, а в слабо- и сильнополярной (водной) средах - 2,0 и 0,5 ккал/моль соответственно.
Влияние растворителя на электростатические взаимодействия учитывалось использованием в расчетах разных значений диэлектрической про
PH с. 11.13 Конформационная карта метиламида Ы-ацетил-/.-аланина, рассчитанная с параметрами полярной среды
Яр^аемости е. Для неполярного растворителя наиболее приемлемо ? = 4, йрггветствующее значению высокочастотной диэлектрической прони-вмости алкиламидов. В водных средах величина е должна быть больше, едуя С. Кримму и Дж. Марку [86], в расчетах, отвечающих условиям Дной среды, нами принималась величина е = 10. Несомненно, учет влия-i растворителя только путем модификации потенциалов, описывающих рктростатические взаимодействия и водородные связи, не представ-гся достаточно обоснованным и не отличается глубиной. Однако оказа-сь, что даже такой способ правильно улавливает тенденцию смещения Информационного равновесия и приводит к разумным количественным зультатам.
[Описанные данные теоретического конформационного анализа моно-ятидов и приведенные на рис. 11.10, II. 11 карты ф-у были получены с раметрами, соответствующими условиям неполярной среды, где сильны гримолекулярные водородные связи и электростатические взаимо-вствия. На рис. 11.13 приведена конформационная карта метиламида ацетила-аланина, рассчитанная с параметрами полярной среды (D = |),5 ккал/моль, ? = 10). При ее сравнении с картой той же молекулы в полярном окружении обращает на себя внимание исчезновение самых Лсоэнергетических областей, отвечающих свернутым конформациям М с внутримолекулярными водородными связями (рис.П. 12). На карте
Щ1роблема белка, т 3 161
Таблица Ilj0
Энергия l/oju, оптимальных конформаций метиламида !\-ацетил-/,-аланина
Конформация С/общ, ккал/моль
Форма основ Двугранный угол, град ?> = 4; ?> = 2; ?> = 0,5; ?> =0,
Ф V
R -97 -54 0 0 0 0
L 52 60 1,2 1,1 1,1 1,0
В -117 150 -1,1 -0,5 -0,3 0,3
Н 61 -67 -3,8 -1,2 1,2 _
