Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
Аналогичная ситуация имела место во всех случаях, кроме одного -при образовании дисульфидной связи между остатками Cys33 и Cys19. Единственным исключением явилась конформация гексадекапептида с энергией (/общ = 2,0 ккал/моль. Ее циклизация приводит к такой би-циклической структуре (S(20)-S(33); S(2s)—S(31)), абсолютная энергия которой (-103,5 ккал/моль) близка энергии исходной конформации (-105,2 ккал/моль). Из сравнения межостаточных взаимодействий и геометрии остатков в би- и моноциклической конформациях Ala18-Cys33 следует, что, во-первых, образование второго S-S-мостика не нарушило стабилизирующих контактов предшествующей конформации и, во-вторых, отклонения двугранных углов основной цепи коснулись лишь С-концевого наиболее лабильного трипептидного участка Cys31-Cys33. На этом участке локализуются и становятся низкоэнергетическими все изменения пептидной цепи, которые неизбежны при сближении атомов S на валентное расстояние. И, наконец, образование связи S(33)-S(20), как и S(26)-S(31), произошло по строго детерминированному механизму, в основе которого лежат конформационные аспекты.
Такой механизм обусловлен предрасположенностью фрагмента к формообразованию, автоматически приводящему к сближенности определенные остатки Cys. Результаты расчета фрагмента Ala18-Cys31 уменьшили число возможных для молекулы инсектотоксина систем дисульфидных связей с шести до двух:
I 2-16 5-19 20-33 26-31,
Ш 2-19 5-16 20-33 26-31.
В конформационном анализе фрагмента Met'-Cys20, однако, не принята во внимание возможность образования дисульфидной связи между остатками Cys20 и Cys33. Была рассмотрена только вероятность образования шести S-S-мостиков между остатками Cys2, Cys5 и Cys16, Cys19, Cys20. Остановимся сначала на результатах расчета фрагмента Met'-Cys16, в пределах которого возможно образование смеси фрагментов с ди-сульфидными связями Cys2-Cys16 или Cys5-Cys16. Расчету этого участка инсектотоксина предшествовало детальное рассмотрение конформационных возможностей ряда фрагментов меньшей длины (см. рис. III.20). Кроме отмеченного октапептида Met'-Thr8 были рассчитаны Thr7-Pro10 (646), Thr7-Asp11 (495), Arg9-Met12 (1135), Met12-Gln15 (1051), Met’-Pro10
(148) и Met'-Asp11 (48), Arg9-Gln15 (32) и Me^-Gln15 (32) (в скобках указано количество рассмотренных вариантов данного фрагмента). По мере увеличения длины цепи от окта- до гексадекапептида неизменно возрастала энергетическая дифференциация конформаций и, как следствие, уменьшалось число подлежащих анализу структур. Фактически однозначная детерминация по форме и шейпу пептидного скелета, т.е. образование конформационно жесткой нуклеации, обнаруживается у декапептида Met1-Рго10. Из 148 рассчитанных для фрагмента конформационных состояний в интервал 0-6,0 ккал/моль попадало только восемь вариантов, принадлежащих шейпу efefefffe и имеющих одну и ту же форму основной цепи. В '-R2-B3-R4-B5-R6-R7-R8-B9-R10.
К расчету гексадекапептида Met'-Cys16 остался набор из девяти ну-
{евых приближений, которые различаются лишь состояниями С-концевого ипептида Gln15-Cys16. Минимизация энергии выявила всего три пред-очтительных линейных конформации шейпа efefefffeffffff. В самой низко-энергетической из них актуальные для дисульфидной связи расстояния |мели следующие значения (в А): С^2)...С(1Й) - 7,8; S(2)...S(16) - 3,4 и |^5)---Соб) - 7,0; S(5)...S(16) - 10,9. Образовать дисульфидную связь вдалось лишь между остатками Cys2 и Cys16. Все попытки сблизить ^статки Cys5 и Cys16 приводили к многочисленным наталкиваниям и рассогласованности взаимодействий задолго до достижения расстояния между атомами S(5) и S(]6), близкого длине валентной связи. В то же время образование связи S(2)-S(16) не нарушило ни одного стабилизирующего контакта; величины энергии невалентных взаимодействий у глобальной ронформации линейной последовательности Met'-Cys16 и соответствующей циклической структуры с дисульфидной связью S(3)-S(16) практически совпадают. Найденная конформация фрагмента Me^-Cys16 имеет форму основной цепи: B1-R2-B3-R4~B5-R6-R7-RX-B9-R1,)-R11-R12-R13-R14-Ri5-B'6 (efefefffefm, которая обеспечивает сближенность большинства остатков и реализацию между ними эффективных стабилизирующих взаимодействий. Вклады ближних, средних и дальних взаимодействий в общую конформационную энергию фрагмента (-176,0 ккал/моль) имеют стабилизирующий характер и составляют соответственно -53,9, -102,6 и -19,6 ккал/моль. Конформационные состояния всех остатков отвечают самым предпочтительным оптимальным конформациям свободных моно-цептидов. Наиболее эффективны в найденной конформации гексадекапептида средние взаимодействия, т.е. взаимодействия каждого остатка с четырьмя предшествующими и четырьмя последующими остатками По цепи. Форма основной цепи обеспечивает сближенность всех остатков и практически полную реализацию средних взаимодействий в пределах каждого перекрывающегося по восьми остаткам нонапептидного участка (Met'-Arg9, Cys2-Pro10, Met3-Aspu и т.д.). Если не учитывать дисульфидную связь S(2)-S(i6), суммарный эффект дальних взаимодействий невелик; наиболее значительные стабилизирующие контакты образуют Met3 с Arg9, Met12, Ala13 и Phe6 с Ala13. В среднем на остаток энергия Межостаточных взаимодействий составляет -7,6 ккал/моль (-6,4 и -1,2 ккал/моль соответственно за счет средних и дальних взаимодействий).
