Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Биология -> Попов Е.М. -> "Проблема белка. Том 3: структурная организация белка" -> 94

Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.

Попов Е.М. Проблема белка. Том 3: структурная организация белка — М.: Наука, 1997. — 604 c.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка): problemabelkat31997.djvu
Предыдущая << 1 .. 88 89 90 91 92 93 < 94 > 95 96 97 98 99 100 .. 303 >> Следующая

Боковые цепи. Результаты предшествующего рассмотрения в определенной степени предопределяют и ответ на вопрос о соответствии конформационных состояний боковых цепей аминокислотных остатков в белках и свободных молекулах метиламидов N-ацетил-а-аминокислот. В самом деле, трудно представить наличие полного соответствия у основных цепей и отсутствие такового у боковых цепей. Тем не менее анализ конформационных состояний последних с точки зрения ближних взаимодействий не лишен целесообразности. Для удобства рассмотрения боковые цепи аминокислот можно разделить на гидрофобные (неполярные) и гидрофильные (полярные). Конформации гидрофобных боковых цепей определяются прежде всего ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями, которые могут иметь как стабилизирующий, так и дестабилизирующий характер. В первом случае они называются дисперсионными, или лондоновскими, взаимодействиями. У монопептидов из-за небольшого числа атомов в молекулах энергия дисперсионных взаимодействий невелика, и поэтому их конформационные состояния определяются в основном мощными силами отталкивания. У полярных боковых цепей значительную роль могут играть также (но не исключительно!) электростатические взаимодействия и водородные связи. Среди боковых цепей гидрофобных остатков можно выделить цепи, имеющие разветвление при атоме С^ (Val, Не) и не имеющие такого разветвления. К последним относится группа аминокислотных остатков Phe, Туг, Тгр, His с ароматическими боковыми цепями. Изложенные в предшествующем разделе результаты теоретического конформационного анализа метиламида Н-ацетил-/.-фенилаланина (см. табл. 11.14) свидетельствуют о том, что в этой молекуле пространственные формы основной и боковой цепей взаимосвязаны; каждой форме основной цепи соответствуют определенные энергетически выгодные положения заместителя. На рис. 11.26 представлена конформационная карта ф-у фенил аланинового монопептида, разделенная пунктирными линиями на области,
fill с. 11.26. Конформационная карта „ргиламида N-ацетил-/.-фенил аланина, разделенная на области I, II и III, энергия которых минимальна для ротаме-pQB с XI = -60°, 180° и 60° соответст-¦енно
в которых энергия минимальна для одного из ротамеров с углами вращения Xi = -60(1),
180(H) и 60°(П1). Если на карту нанести белковые конформационные точки всех остатков типа Phe, как это было сделано в работе [109], то обнаружится, что в структурах белков в подавляющем большинстве случаев имеется точно Такая же взаимосвязь конформационных состояний основной и боковой цепей, как у монопептидов.
Иными словами, в белках пространственная форма основной цепи остатка типа Phe в значительной мере предопределяет положение его боковой цепи. Обратное влияние проявляется в уменьшении значений углов ф основной цепи, что также следует из расчета монопептида. Распределение по углам Xi =-60, 180 и 60° конформаций боковых цепей Phe и его стереохимических аналогов Туг, Тгр и His в белках составляет соответственно 56, 24 и 20% от их общего количества. Интересно, что Согласно теоретической и экспериментальной оценкам приблизительно такие же веса трех ротамеров имеет свободная молекула метиламида Ы-ацетил-/.-фенилаланина. Наиболее вероятной величиной угла вращения вокруг связи С^-Су %2 в монопептиде Phe является 90° (см. табл. 11.14). Такое же значение %2 чаще всего имеют остатки типа Phe в белках. Например, в миоглобине из 23 остатков этого типа угол %2, равный -90°, Имеют 16 остатков, %2 ~ 150° - 3 и %2 ~ 30° - 4; в а-химотрипсине из 20 остатков угол Xi ~ 90° имеют 16. Из шести остатков на неспиральных участках в обоих белках с иными чем -90° значениями углов %2 в пяти Остатках углы близки к 150°. Теоретически такое положение ароматических колец также возможно только при Xi = -60°. Действительно, во всех случаях, где %2 ~ 150°, угол Xi близок к -60°. На а-спиральных Участках белков боковые цепи остатков типа Phe имеют углы Xi —60 и 180°; угол Xi ~ 60° в отношении ближних взаимодействий столь же вероятен, как и два отмеченных. Однако в а-спирали он не может реализоваться из-за наталкиваний, возникающих между ароматической группой И соседними боковыми цепями. Таким образом, в белках конформации всех остатков типа Phe близки к наиболее предпочтительным оптимальным конформациям метиламида Гчт-ацетил-?-фенилаланина. Распределение Углов вращения в боковых цепях соответствует свободным энергиям ротамеров монопептида Phe. Идентичность распределения конформаций
остатков Phe, Туг, Тгр и His подтверждает разумность их объединения в одну стереохимическую группу.
Конформационная специфика гидрофильных остатков не может быть полностью объяснена только невалентными взаимодействиями. Боковые цепи, содержащие группы -ОН (Ser, Thr), -COO" (Asp, Glu), -NH3 (Lys) и т.д., в белках участвуют в образовании водородных связей с собственной основной цепью и с боковыми цепями других остатков, электростатических взаимодействий и солевых эффектов. В качестве примеров остатков с гидроксильной группой рассмотрим конформационные состояния в белках боковых цепей серина и треонина. Прежде всего оценим их конформационные возможности в свободном состоянии с точки зрения невалентных взаимодействий. Контактный радиус атома О (1,5 А) лишь немного больше радиуса Н (1,2 А); кроме того, связь С-О (1,43 А) длиннее связи С-Н (1,09 А). Поэтому группа -СН2ОН в отношении невалентных взаимодействий с основной цепью близка к метальной группе, и конформационная свобода Ser практически не уступает Ala. Следовательно, все ротамеры относительно %i (-60, 180, 60°) по невалентным взаимодействиям у Ser должны быть приблизительно равновероятны. У остатка Thr, подобно Val и Не, разветвление в боковой цепи начинается у атома С^. Поэтому у него, как и у остатков валина и изолейцина, наиболее вероятными должны быть те состояния, в которых атомы С1' и Оу не находятся между связями N~Ca и Са-С', что имеет место при Xi = 60°. В согласии с расчетом монопептида Thr боковые цепи этого остатка чаще всего встречаются в положении с Xi - 180° (60%). Далее следует %j —60° (30%) ИХ] - 60° (10%). Упомянутое стерическое ограничение отсутствует у серина, и в распределении конформаций у него по углу % все три ротамера (-60, 180 и 60°) представлены достаточно полно (соответственно 45, 25 и 30%). У остатков Ser и Thr, как известно, выражена тенденция избегать в белках внутренние витки a-спиралей. Гомополипептиды Ser и Thr не образуют a-спиралей, а существуют в форме p-структуры. В сополимерах с a-спиральными остатками они дестабилизируют, а при большом содержании разрушают a-спирали. Тем не менее на нерегулярных участках белков у Ser и Thr конформации R и В представлены с равными весами. Следовательно, отсутствие соответствующих а-спираль-ных полипептидов связано не с меньшей вероятностью нахождения остатков в конформации R, чем в В, а иными причинами, обусловленными кооперативным характером взаимодействий в а-спирали.
Предыдущая << 1 .. 88 89 90 91 92 93 < 94 > 95 96 97 98 99 100 .. 303 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed