Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
М -72 70 -3,2 -0,8 - -
—ц/, построенной для монопептида Ala в водной среде, обнаруживается уменьшение потенциальной энергии и расширение области R.
В табл. 11.10 приведены величины энергии оптимальных конформаций этой молекулы, демонстрирующие тенденцию смещения положения равновесия по мере ослабления водородных связей и электростатических взаимодействий, т.е. при переходе от неполярной среды к водному окружению. При значениях D = 0,5 ккал/моль и е = 10 минимум М отсутствует, а Н на 1,0-1,5 ккал/моль выше энергии конформации R и В. Следовательно, в водных растворах метиламида ГЧ-ацетил-/,-аланина, согласно результатам расчета, содержание свернутых форм с внутримолекулярными водородными связями практически исключено.
Проведенный конформационный анализ аланинового монопептида позволил оценить термодинамические функции различных форм и определить положение конформационного равновесия в различных растворителях. Энтропия определялась по формуле S = U + кТ • In Z, где: U - средняя внутренняя энергия; Z - статистическая сумма вероятностей состояния. Величина Z является функцией разбиения конформационного пространства, поэтому рассчитанные величины S имеют относительный смысл. В нашем случае вариации углов ф и \|/ составили 20°. Значения энтропии мало чувствительны к учету электростатики. Так, энтропия R-, В- и L-форм молекулы при е = 4 составляет 8,0, при ? = 10 - 8,1 и при е = оо - 8,4 кал/моль • град. Это закономерно, так как энтропия определяется прежде всего всей площадью низкой энергии на конформационной карте. Ориентировочная оценка энтропии свернутых форм М и Н составляет 1,5-2,0 кал/моль ¦ град. Следовательно, AS = 5разв - 5СВ = = -6-7 кал/моль ¦ град. В табл. 11.10 приведены значения С/общ самых выгодных оптимальных конформаций. Разница между усредненными значениями С/общ несколько больше - приблизительно на 0,2-0,3 ккал/моль-Таким образом, согласно теоретической оценке, разность внутренней энергии ДU между энергиями лучшей свернутой формы Н и лучшей развернутой формы В в СС14 составляет 2,7-2,9 ккал/моль. Эксперимент дает 3,0 ккал/моль [87]. Разность свободной энергии свернутых и развер-
0ГЫХ форм в СС14 равна 0,7-1,0 ккал/моль. Это приводит к конформа-^онному равновесию, в котором 70-80% молекул находятся в свернутых (М. Н) формах. В растворах СНС13 картина обратная: разность свободной энергии в этом случае также составляет -1,0 ккал/моль, но в пользу раз-*Й>нутых Ф°РМ ®> Поэтому содержание свернутых форм в хлороформе должно составлять -20%.
1 ' Эти выводы теоретического анализа находятся в хорошем согласии ^'данными экспериментальных исследований, которые были специальна поставлены нами для проверки результатов расчета монопептидов. К изучению пространственного строения представительного ряда метил-амидов N-ацетил-а-аминокислот и их N-метильных производных, перечисленных ниже, были привлечены методы инфракрасной спектроскопии, верного магнитного резонанса, дисперсии оптического вращения, кругового дихроизма, а также дипольных моментов и газожидкостной осмо-йетрии [88]:
R] R2 R-)
Н3С- СО- N- С"Н- СО- N- СН3
I Ac-L-Ala-NHMe; R, = R3 = Н, R2 = СН3
И Ac-L-Ala-NMe2; R, = Н, R2 = R3=CH3
III Ac-L-MeAla-NHMe; R, = R2 = CH3, R3 = H
IV Ac-L-MeAla-NMe2; R, = R2 = R3 = CH3
V Ac-L-Val-NHMe; R| = R3 = H, R2 = CH(CH3)2
VI Ac-L-Val-NMe2; R, = H, R2 = CH(CH3)2, R3 = CH3
VII Ac-L-MeVal-NHMe; R, = CH3, R2 = CH(CH,)2, R3 = H
VIII Ac-L-MeVal-NMe2; R,=R3 = CH3> R2 = CH(CH3)2
IX Ac-L-Pro-NHMe; R, + R2 = -(CH2)3- R3 = H
X Ac-L-Pro-NMe2; R, + R2 = -(CH2)3-, R3 = CH3
XI Ac-Gly-NHMe; R,=R2 = R3 = H
XII Ac-L-Phe-NHMe; R, = R3 = H, R2 = CH2C6H5
На рис. 11.14 приведены ИК-спектры в области валентных колебаний КН разбавленных растворов, исключающих межмолекулярную ассоциа-Щуо (-10-4 моль/л) монопептидов аланина (I) и валина (V) в четыреххло-рютом углероде и хлороформе. Диффузные полосы поглощения в правой ^СТИ спектров относятся к колебаниям связи N-Н, вовлеченной в водо-|<*Дное связывание свернутых конформаций Ни М монопептидов. Из рисун-** хорошо видно меньшее содержание этих конформаций в растворе СНС13
10 сравнению с ССЦ. Для количественной оценки содержания свернутых и увернутых форм монопептидов I, III, V, VII, IX и XII в разбавленных ^ гворах СС14 и СНС13 были измерены после надежной идентификации Bloc их интегральные интенсивности в области валентных колебаний -¦Н и определено число групп N-Н, отвечающих каждой полосе. Резуль-
?.jq2 Рис. 11.14. ИК-спектры растворов метилами-
дов Ы-ацетил-^-аланина (Г) и Ы-ацетил-?-валина (V) в СС14 (1) и CHCI3 (2)
таты экспериментальной оценки, приведенные в табл. 11.11, показывают, что доля свернутых форм варьирует в широких пределах в зависимости от растворителя, N-метилирования N-концевой амидной группы и типа аминокислоты. Во всех случаях при переходе от СС14 к CHCI3 существенно растет содержание развернутых форм. Отмеченные наблюдения находятся в хорошем количественном согласии с результатами теоретического конформационного анализа тех же соединений.
