Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
окончательную структуру молекулы. Все это были лишь предположения, но достаточно правдоподобные и настолько заманчивые, что нельзя было 1Йх не опробовать. За поиском компактно упакованных структур основной цепи, существенно выигрывающих по энергии на изолированных фрагментах, следовало рассмотрение взаимодействий нуклеаций друг с другом и с лабильными участками молекулы (этап II).
Для поиска нуклеаций были выбраны все перекрывающиеся по трем остаткам тетрапептидные фрагменты тертиапина. Тетрапептидный участок является оптимальным с двух точек зрения. При соответствующих упрощениях, о которых говорится ниже, анализ тетрапептида не требует предварительного рассмотрения его фрагментов, и в этом смысле он максимален из наиболее простых. В то же время у тетрапептида уже может обнаружиться тенденция к образованию структур, существенно выигрывающих по внутренней энергии. На более коротких участках не обнаруживаются решающие энергетические различия между формами основной цепи, не проявляется, например, ряд взаимодействий, существенных для стабилизации а-спирали и (i-складчатого листа. При предварительном анализе тетрапептидных фрагментов для каждого остатка учитывалась только часть его возможных конформаций, выбор которых ограничивался следующим образом. Во-первых, не учитывались конформации всех аминокислотных остатков, кроме Gly, в области L; в R- и В-областях выбиралось по одной паре значений углов ср и у. Во-вторых, вначале перебор конформационных состояний боковых цепей проводился только по углу Xi, а значения других углов предполагались такими, которые чаще встречаются в белках (Lys, Arg-Хг, Хз, Х4 ~ 180°; Ile-Хг ~ 180°; Тгр-Хг ~ ~ ±90°; Leu - Хь Хг ~ 180, 60° и -60, 180°). Изменения углов Х2> Хз, Х4> как правило, влияют на энергию больших фрагментов, т.е. при участии боковых цепей Lys, Arg, Glu, Gin в дальних взаимодействиях остатков, удаленных по цепи, но сближенных в пространстве. На коротких фрагментах у этих остатков разные комбинации значений углов Х2> Хз, Х4 обычно близки по энергии. В-третьих, для последнего остатка каждого фрагмента В-форма не рассматривалась, так как она отличается от R-формы лишь ориентацией концевой пептидной группы, которая мало сказывается на Энергии фрагмента. Не учитывались также значения углов Xi ~ -60° для шервого остатка и Xl ~ 180° для последнего, поскольку в соответствующих конформациях боковые цепи слабо взаимодействуют с фрагментом.
Изучение всех комбинаций выбранных таким образом конформаций аминокислотных остатков на тетрапептидных участках было начато с анализа фрагмента Ala2-Asn4 с последовательным перемещением по пептидной цепи с шагом в один остаток. Тетрапептидные фрагменты, на которых были обнаружены существенные энергетические различия между оптимальными конформациями разных типов, затем изучались более подробно. Для них проводился перебор всех возможных форм основной цепи, причем в пределах В-области выбирались 2-3 пары значений углов cp, v|/, а в R-области - 1-2, соответствующих положениям локальных минимумов энергии монопептидов. На тетрапептидных фрагментах количество рассмотренных локальных минимумов в пределах каждой формы основной Цепи возрастало. Однако выбор значений ср и \(/ на основе минимумов
монопептидов, а также одновременный перебор конформаций по углу ^ позволяют обнаружить все низкоэнергетические структуры тетрапептидов. Такой анализ позволил исключить тетрапептиды Leu2-Cys3 ц Trp15-Cys18, на которых первоначально были обнаружены резкие энергетические различия, из числа конформационно жестких фрагментов и выявить области пептидной цепи, где действительно формируются нуклеации, инициирующие сворачивание молекулы. После расчета фрагментов с нуклеациями проводилось постепенное наращивание пептидной цепи с отбором оптимальных конформаций лабильных участков. При этом в низкоэнергетических линейных структурах остатки цистеина автоматически оказывались сближенными, образуя дисульфидные связи без заметного изменения энергии и ограничивая тем самым конформационную подвижность молекулы. На промежуточных этапах расчета остатки Cys заменялись Ala. При наращивании пептидной цепи для добавляемых остатков первоначально проводился перебор конформаций с различными значениями углов Xi. В некоторых случаях после анализа атомных моделей у низкоэнергетических структур проверялись также все конформеры по углам Xi~X4 тех боковых цепей, которые могли принять участие в новых взаимодействиях. При контакте между двумя боковыми цепями рассматривались все возможные комбинации значений углов Xi~X4 обеих цепей. Эта процедура всегда проводилась при анализе возможности образования дисульфидных связей и изучении конформационной подвижности всей молекулы.
Учет ближних и средних взаимодействий у 18 рассмотренных тетрапептидов выявил следующую картину. У фрагментов Cys5-Ile8, Asn6-Ile9 и Ile10-Met13, Pron-Cys14 (рис. III.13) обнаруживается тенденция к избирательной стабильности одного-трех родственных типов структур со свернутыми шейпами пептидного скелета (fff, effnffe). Оптимальные конформации отмеченных перекрывающихся тетрапептидов оказались идентичными по геометрии основной и боковых цепей на их общих участках (рис. III. 14), что позволило сделать вывод о наличии у тертиапина двух нуклеаций: Cys5-Ile9 и Ile10-Cys14, каждая из которых состоит из пяти аминокислотных остатков, включенных в а-спирали. На остальных участках молекулы тертиапина нет выраженных энергетических предпочтений. Следовательно, эти участки являются конформационно-лабильными на начальном этапе сворачивания пептидной цепи.
