Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
Аналогичная ситуация в распределении конформационных точек на соответствующих картах монопептидов у остатков Gly и Pro. Как видно из рис. 11.24,а, точки Gly тех же восьми белков разбросаны по всей карте. Тем не менее, энергия невалентных взаимодействий всех глициновых остатков (всего их 66) не превышает 2 ккал/моль, а 60 остатков -
1 ккал/моль. Конформационные точки Gly восьми белков сосредоточены (правда, неравномерно) вдоль вертикалей ср —80° и \|/ - 80°. Именно в направлении этих линий вытянуты контуры низкой энергии на карте глицинового монопептида. Отличительной чертой распределения Gly является значительная концентрация точек в районе перевала, соединяющего области L и Н (\|/ - 0). О причине этого явления скажу позднее.
Остановимся на некоторых закономерностях в распределении конформационных точек, отклоняющегося от чисто статистического, которые являются следствием невалентных взаимодействий ближайших звеньев. Более подробно этот вопрос будет рассмотрен в следующей главе. В конформационном анализе диметиламида 1Ч-ацетил-1,-аланина (II) было
а
Рис. 11.24. Конформационная карта метиламида N-ацетилглицина (а), диметиламида N-аце'гил-/.-аланина
(б) и конформационные точки Gly и других аминокислотных остатков, предшествующих Pro в трехмерных структурах миоглобина, а-химотрип-сина, белка хрусталика глаза, лизо-цима, нейротоксина II, рубредоксина, панкреатического трипсинового ингибитора и ферроцитохрома с
Рис 11.25. Сечения потенциальной поверхности Ф2 - V|/2 метиламида N-ацетил-Л-аланил-/.-аланина при <Pi = V|/j = -50° (а) и ф] = 50°, v|/j = 120° (б)
руазано, что конформационная свобода молекулы прежде всего ограничена областями В и L (см. рис. 11.16). Разумно допустить, что потен-фвльная поверхность существенно не изменится при включении конце-gOTO атома N молекулы II в пролиновое кольцо. Тогда наиболее вероят-д|.чн конформациями остатков типа Ala и Val, предшествующих Pro, ^рдясны быть В и L. Действительно, из 27 совершенно различных по своей природе остатков, стоящих в цепи перед остатком пролина, 26 имеют фОРмУ основной цепи В и только один - R. На рис. 11.24,6 можно видеть, с вакой удивительной точностью ложатся конформационные точки этих остатков в область низкой энергии диметиламида Ы-ацетил-/.-аланина.
¦ При рассмотрении конформаций аминокислотных остатков в белках (5ыло отмечено, что сравнительно большое число точек остатков типа Ala и Val сосредоточены на картах в районе потенциального барьера f-1,5 ккал/моль), разделяющего области В и R, а на глициновой карте досже в области перевала между L и Н. По-видимому, столь характерное, фтличное от статистического, распределение имеет свои причины, близкие Обсуждаемой теме. Для стабилизации таких состояний требуются небольшие взаимодействия, которые, однако, отсутствуют у монопептидов, но цргут обнаружиться в более длинной цепи. Следовательно, можно видеть, ilie сильно влияет остаток Pro на конформационное состояние предшествующего остатка и как просто объясняется причина этого влияния.
Из анализа конформаций дипептидов, в частности молекулы метил-|мида Ы-ацетил-1,-аланил-/.-аланина [110, 111], следует, что у целого ряда §|1зкоэнергетических оптимальных форм с внутримолекулярной водород-йбй связью типа 4 —» 1, замыкающей десятичленный цикл, значения углов ращения вокруг связи С“—С' второго остатка попадают в отмеченные юомежуточные области (ниже или выше горизонтали \|/ = 0). Более ЮГлядную картину дают два сечения потенциальной поверхности дипеп-Гида Ac-L-Ala-L-Ala-NHMe, построенные с учетом водородных связей Ц)и ф = \|/ = -50° и ф = -50°, \|/ = 120° (рис. 11.25). На первом сечении Контуры минимальной энергии расположены в области, разделяющей В и к на монопептидной карте, а контур 1 ккал/моль вытянут от ф = —40° до | = 40°, т.е. в том районе, куда попадают многие конформационные точка белков (рис. 11.25). Не менее интересно и второе сечение. Отличие области L на нем от обычной монопептидной карты заключается в ^понижении" ее энергетических контуров относительно у. Таким образом, Дичина сосредоточения конформационных точек белков на картах ф-\|/ в ббластях, промежуточных между В и R и между L и Н, заключается в гом, что конформации соответствующих остатков стабилизируются водородными связями типа 4 —» 1. Для компенсации небольшого проигрыша >нергии невалентных взаимодействий в областях перешейков достаточна |Нергия водородной связи всего лишь около 1,0 ккал/моль. Как показал Специальный анализ кристаллических структур [108], водородные связи 1впа 4 —> 1, действительно, весьма широко представлены в белках. Например, в лизоциме имеются 15 дипептидных фрагментов с такой связью,
I в а-химотрипсине - 24. Значения углов ф, у у второго остатка каждого te этих фрагментов находятся в области перешейка между В и R или в Ьбласти перешейка между L и Н.
Проведенный анализ пространственных форм основных цепей амино-кислотных остатков в белках показал, что их конформационные состояния почти полностью определяются ближними взаимодействиями, т.е. взаимодействиями валентно-несвязанных атомов в пределах одного остатка Влияние даже ближайших остатков ни в одном случае не ведет к повышению энергии, а проявляется лишь в характере распределения конформационных точек в пределах низкоэнергетических областей конформационных карт изолированных молекул метиламидов N-ацетил-а-амино-кислот. Несмотря на наличие средних и дальних взаимодействий, которые обусловливают образование глобулы, в белках не реализуются состояния остатков с повышенной энергией ближних взаимодействий. О высокой степени соответствия конформационных состояний самым низкоэнергетическим оптимальным конформациям свободных монопептидов свидетельствует, например, отсутствие в белках остатков в формах М и Н, которые проигрывают в условиях водного окружения глобальным оптимальным конформациям не более 3,0 ккал/моль. Распределение конформационных точек ф, \|/ остатков в белках на картах метиламидов N-ацетил-а-аминокислот находится в хорошем соответствии со свободной энергией состояний изолированных монопептидов.
