Молекулярная биология. Структура и функция белков - Степанов В.М.
ISBN 5-06-002573-Х
Скачать (прямая ссылка):
этом заслоненной конформации (когда связь N-Са закрывает связь
С(О)-N) приписывается угол ф = = 0°, а трансоидной — угол + или
- 180°.
Значения углов (риф для какого-либо аминокислотного остатка характеризуют его положение во вторичной структуре. Если указать эти значения для всей последовательности аминокислот, то ими определится свертывание данного полипептида в пространстве. Как отмечалось, принципиально возможны любые наборы значений двугранных углов (риф, однако многие из них сопряжены со зна-
Рис. 5.2. Двугранные углы полипеп-тидной цепи
Угол ф определяется поворотом связи Nt—С? вокруг связи С? - С,-, если смотреть по ходу пептидной цепи, т.е. от к углероду карбонильной группы С (, как
показано стрелкой. Принято считать, что если первая связь закрывает связь Ct- -
Nt+1 (цисоидная конфигурация), то угол
ф равен 0°, если же эти связи находятся в наиболее удаленных положениях (трансоидная конфигурация), то угол ф равен + или -180°. Положительным считается вращение по часовой стрелке. Угол (р определяется поворотом связи Q^-i
вокруг связи Nj - Cf. Цисоидной конфигураций, при которой связи, примыкающие к Nj — С?, закрывают одна другую,
соответствует <р = 0°, трансоидной - <р = = ± 180°. На рисунке изображена так называемая вытянутая конформация пептида, при которой углы (р и ф равны +180°.
8?
читальными стерическими помехами и отвечают весьма невыгодным! энергетическим конформациям. |
Для описания стереохимии аминокислотных остатков в белках} удобна карта Рамачандрана, представляющая собой квадрат, по одной стороне которого отложены значения угла <р от —180° до +180°, а пО другой — значения угла ф (рис. 5.3, 5.4). Если бы не накладывалось никаких ограничений на стереохимию полипептидной цепи, то углы <р и ф могли бы принимать любые значения и точка, характеризующая их набор, а значит, и конформацию того или иного аминокислотного . остатка, могла бы оказаться в любом месте карты.
В действительности допустимы вовсе не любые комбинации углов <р и ф. Это связано тем, что при изменении обоих углов изменяется и положение атомов в соседних аминокислотных остатках друг относительно друга. Сближение в пространстве атомов, особенно объемистых (кислорода, углерода, азота) приводит к их взаимному отталкиванию. Преодоление этого отталкивания требует значительных энергетических затрат, что делает такую конфигурацию полипептидной цепи неустойчивой. Карты Рамачандрана подобны географическим, на них нанесены горизонтали, соответствующие тому или иному энергетическому уровню. Более выгодной конформации соответствует меньший энергетический уровень, который на карте Рамачандрана выглядит как долина, впадина; наименее выгодной отвечает гребень, хребет.
Рассмотрим карту Рамачандрана для остатков глицина, не имеющих боковой группы (см. рис. 5.3). В этом случае разрешена довольно большая часть карты, возможен широкий набор углов (риф. Однако случаи, когда эти углы близки к нулю, невыгодны: это отвечает заслоненной конфигурации, при которой особенно сказывается перекрывание атомов кислорода карбонильных групп. Конформационная карта Рамачандрана для глицина проста — она показывает крестообразную "запрещенную" возвышенность вдоль осей с <р = 0°, ф = 0° и довольно обширные понижения, охватывающие не менее половины общей поверхности.
Эта особенность глицина как остатка с наименьшими конформациоп-ными ограничениями играет специфическую роль в формировании пространственной структуры белка. Характерно, что на картах Рамачандрана для реальных белков точки, соответствующие остаткам глицина, не сгущаются в двух главных долинах, как это свойственно для других аминокислот, а распределяются почти по всему полю. Очевидно, что остатки глицина используются в тех точках пространственной структуры белка, где необходима нестандартная конформация, в частности при резких поворотах пептидной цепи. Не случайно, что остатки глицина, казалось бы, не способные из-за отсутствия боковой 84
tf,ipa V
Рис. 5.4. Карта Рамачандрана для L-аланина
Показано распределение потенциальной энергии для остатка аланина, окруженного двумя пептидными звеньями в координатах <р и ф (см. подпись к рис. 5.3). Глубокая долина в верхнем левом квадранте соответствует конформации, характерной для fi-структуры; соединенная с ней перевалом долина в левом нижнем квадранте - правой акширали (ад), обычно встречающейся в белках. Небольшое понижение в правом верхнем квадранте соответствует крайне редкой левой о-спирали (ai). Следует обратить внимание, что карту можно свертывать относительно осей <р, ф - 0е, поэтому, например, долина, соответствующая /2-структуре, продолжается у нижнего обреза карты слева
цепи непосредственно участвовать в функционировании белка,. чаЩе других оказываются инвариантными, в семействах эволюционно родственных белков, что указывает на их незаменимость в структурообразо-вании. ,
