Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
B21. В22» в23 B31, B32, B33
B31. B32, B33 Чг- Чз> Цз
^22’ *-23» L32
Конформационное состояние остатка определено идентификатором Xtj..., где X характеризует форму основной цепи остатка (R, В, L), a = 11..., 12..., 13..., 21— и т.д. отвечают положениям боковой цепи (хьХг—индекс "1" соответствует углу Xs интервале 0 + 120°, "2" - 120 + -120° и "3" - 120 + 0°.
*2 С
Как у Phe; угол Хз. (С -О) может принимать любые значения.
*з
Как у Phe, угол Хг ПРИ каждом значении угла Xi имеет два значения (90, -90°), вырожденных у Phe.
4 Угол Хз (C5-S) может принимать любое из трех значений: 60, 180, -60°.
*5 By
Угол Хг (С -О ) может принимать любые значения.
6 Угол Хз имеет значение 90 и -90°. В остальных случаях углы Хз и Х4 могут принимать любые из трех значений: 60, 180 и -60°.
goro этапа структурных исследований белков. Какое отношение имеет ЛЗучение конформационных возможностей свободных монопептидов к структурной организации белковых молекул и что могут дать полученные „дои результаты теоретического конформационного анализа стандартных аминокислотных остатков при решении этой задачи?
5.4. АМИНОКИСЛОТНЫЕ ОСТАТКИ В СВОБОДНОМ СОСТОЯНИИ И БЕЛКАХ
Ответ на поставленный вопрос требует сравнения ставших теперь известными оптимальных конформаций метиламидов N-ацетил-а-амино-кислот с конформационными состояниями аминокислотных остатков в нативных трехмерных структурах белков. Первые определяются лишь ближними взаимодействиями, а вторые - суммарным эффектом ближних, средних и дальних взаимодействий. Сопоставление должно выявить меру воздействия ближних взаимодействий на реализующиеся в белках конформационные состояния и оценить роль этих взаимодействий в структурной организации макромолекул. В соответствии с одним из принципов постулированной в главе 2 теории [14, 105-107], утверждающим наличие согласованности всех видов внутримолекулярных невалентных взаимодействий, наблюдаемые в трехмерных структурах белков конформационные состояния остатков должны входить в набор низкоэнергетических оптимальных форм метиламидов N-ацетил-а-аминокислот. Только в этом случае представится принципиальная возможность сделать следующий шаг в сторону решения на основе рассматриваемого подхода проблемы структурной организации белков. Целесообразно рассмотреть в отдельности геометрию основных и боковых цепей аминокислотных остатков [108, 109].
Основные цепи. По характеру влияния формы боковой цепи (R) ла конформационную свободу основной цепи монопептидного участка (-CONH-C“HR-CONH-) 20 стандартных аминокислотных остатков можно разделить на четыре стереохимических типа: Gly, Ala, Val и Pro. Первый
¦ последний типы представлены только остатками Gly и Pro, третий - Val ,и Не. Все остальные 16 остатков составляют тип Ala. Это означает, что
основные цепи имеют близкую конформационную свободу, совпадаю-чЩую со свободой изолированного остатка Ala (см. рис. 11.10,6 и 11.13). Гораздо сильнее отличаются потенциальные поверхности Gly и Pro; разли-•чия между поверхностями остатков типа Ala и Val сравнительно невелики,
* в последующем изложении эти 18 остатков будут рассматриваться вместе.
На рис. 11.23 представлена конформационная карта ф-\|/ метиламида -ацетил-^-аланина с нанесенными на нее конформационными точками >(ф> V) всех остатков (за исключением Gly и Pro) миоглобина, изученного Методом рентгеноструктурного анализа с разрешением 1,5 А, а-химотрип-(ОВна (2,0 А), белка хрусталика глаза (1,9 А), лизоцима (1,5 А), нейро-;&>ксина II (1,8 А), рубредоксина (1,2 А), панкреатического трипсинового Внгибитора (1,5 А) и ферроцитохрома с (2,0 А). Всего на карту нанесено W)00 конформационных точек. Белки выбраны произвольно, требовалось
-180
180
0“ (
П /
^ O'
-180
wo'
-180
-180°
0р Ф /¦
2
\
€¦ С
Г\ /
1к
ш Q (
. . 1 у.
т /'
Ч V
0 (
Л___/
180 -180°
(;ЛЩ i1
<0 V
\у
9 (
... Г\ ./
т)
9 С
Г\ 1 /•
<? (C*N)
180
Рис. 11.23. Конформационная карта метиламида Ы-ацетил-/.-аланина и конформационные точки аминокислотных остатков (за исключением Gly) в трехмерных структурах миоглобина
(а), а-химотрипсина (б), белка хрусталика глаза (в), лизоцима (г), нейротоксина II (точки) и рубредоксина (крестики) (д), панкреатического трипсинового ингибитора (точки) и ферроцитохрома с (крестики) (е)
диШЬ, чтобы их кристаллические структуры были расшифрованы с хорошим разрешением. Конформационные карты метиламида М-ацетил-L-аланина, приведенные на рис. 11.13 и 11.23, несколько отличаются между собой. Карта на рис. 11.23 построена с учетом только невалентных и торсионных взаимодействий, так как водородные связи N-H...O=C типа 3 —» 1 у монопептидов в водной среде слабы и практически не влияют на характер потенциальной поверхности; то же можно сказать и об электростатических взаимодействиях атомов основной цепи в условиях полярного окружения. Более существенным оказалось то обстоятельство, что контуры конформационной карты (см. рис. 11.23) были получены при минимизации энергии по валентным углам. Это мало сказалось на эквипотенциальном сечении 1 ккал, однако привело к заметному смягчению потенциальной поверхности в области 2 ккал и особенно значительному в областях с большей энергией. Точки, соответствующие остаткам типа Ala и Val, занимают на карте аланинового монопептида главным образом низкоэнергетические области В и R; незначительное число точек (30) расположено в области L, и они отсутствуют (за одним исключением) в областях Н и М. Подавляющее большинство конформационных состояний остатков в белках попадают в области, окаймленные контуром в 1 ккал, а все остатки - в области, окаймленные контуром в 2 ккал. Если не считать точек в перешейке, соединяющем области В и R, о причине появления которых будет сказано ниже, то за пределами 1 ккал оказываются у миоглобина 2 точки, а-химотрипсина - 5, лизоцима - 8, нейротоксина П - 2, рубредоксина и трипсинового ингибитора - 0 и т.д. Остатки Val и Не в соответствии с их более узкими, чем у остатков типа Ala, низкоэнергетическими областями потенциальной поверхности обнаруживают меньший разброс конформационных точек. В восьми рассмотренных белках около 90% всех остатков типа Ala и Val имеют энергию ближних взаимодействий валентно-несвязанных атомов < 1 ккал/моль и около 2% -< 2 ккал/моль. Приблизительно 8% конформационных точек сосредоточено на картах в районе потенциального барьера (-1,5 ккал/моль), разделяющего области В и R.
