Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
Сравнение геометрических и энергетических характеристик линейной и
?логической конформации Leu'-Cys23 показывает, что создание дисуль-ндного мостика не нарушило ни одного стабилизирующего контакта #ежду остатками. Необходимые для сближения атомов S(3) и S(23) изменения двугранных углов оказались незначительными (<10°) и коснулись JlRuib наиболее лабильного участка Ser'8-Gly19-Glu20. Расчет, таким Йвразом, показал, что в основе спонтанного и безошибочного образования ^сульфидной связи лежат конформационные аспекты. Валентному связы-«йнию цистеинов предшествует создание на одном конце фрагмента Чонформационно жесткой нуклеации, а на другом, более коротком, -Лабильного участка. При сложившейся нуклеации в одной из самых Предпочтительных конформаций лабильного участка атомы серы всту-фют во взаимодействие. Два резко различающихся по конформационным фойствам участка выполняют в создании дисульфидной связи различные Функции, в равной мере необходимые для того, чтобы этот процесс Ювершался быстро, спонтанно и безошибочно. Благодаря нуклеации он Становится не статистическим, а детерминированным. Конформационно давильный участок легко локализует и делает низкоэнергетическими все вЗменения геометрии пептидной цепи, необходимые для сближения остат-
ков Cys и образования связи S-S. Изложенные конформационные аспекты не являются специфическими только в отношении дисульфидных связей, а отвечают общему механизму пространственной организации белковых молекул. Итак, расчет белкового фрагмента Leu'-Cys23, как и расчеты ряда сложных цистинсодержащих олигопептидов (см. гл. 10), выполненные на основе конформационной теории, в которой нет специальных положений о дисульфидных связях, во всех случаях априорно правильно предсказывают места их локализации в нативных структурах.
В рассчитанной циклической структуре фрагмента нейротоксина Leu'-Cys23 реализуется типичная для P-структуры система пептидных водородных связей. Для конформации Leu'-Cys23 с дисульфидной связью получены сечения потенциальной поверхности Х1-Х2 боковых цепей остатков. Ранее такие сечения были исследованы у конформации фрагмента Leu'-Cys17, которая входит в циклическую структуру у Leu'-Cys23. Отметим, что присоединение гептапептида Cys'7-Cys23 не изменило конформационную подвижность остатков His4-Cys17 по сравнению со свободным участком Leu'-Cys17. У боковых цепей Leu' и Glu2 в циклической структуре локальные минимумы (-5,0 ккал/моль) соответственно при ХьХг —150, -60 и 60, 180° становятся еще более высокоэнерге-тичными из-за наталкивания на Cys23 в первом случае и на Asn22 - во втором. Анализ сечений потенциальной поверхности Xi—Х2 остатков Ser18, Glu20, Asn22 конформационно лабильного участка Cys'7-Cys23 показал, что боковые цепи, особенно серина, обладают значительной подвижностью и могут принимать несколько практически изоэнергетических ориентаций. У боковой цепи Thr21 свобода по углу Xi ограничена одной областью (—60°).
Сопоставим теперь априорно рассчитанную конформацию циклического фрагмента нейротоксина II Leu'-Cys23 с экспериментом. Как отмечалось, кристаллическая структура этого белка неизвестна. Но в 1979 г. были опубликованы рентгеноструктурные данные, касающиеся гомологичного белка эрабутоксина b [6]. Его аминокислотная последовательность содержит не 61 остаток, а 62, причем интересующий нас фрагмент имеет на один остаток больше и скреплен дисульфидной связью Cys3-Cys24. Последовательность эрабутоксина на участке 1-17 отличается от нейротоксина четырьмя остатками: Arg' (у нейротоксина Leu'), Phe4 (His4), His7 (Gin7) и Gin'2 (Pro12). Наиболее существенные замены и удлинение цепи имеют место на участке Cys'7-Cys23 (у эрабутоксина Cys17-Cys24), т.е. в той части последовательности, которая, согласно расчету, характеризуется наибольшей лабильностью и при образовании дисульфидной связи подстраивается под конформационно жесткую нуклеацию -антипараллельную P-структуру Leu'-Cys17.
В табл. IV.2 сопоставлены расстояния между атомами С“ в теоретической структуре свободного циклического фрагмента нейротоксина Leu'-Cys23 и в экспериментальной структуре фрагмента Arg'-Cys24 в молекуле эрабутоксина. В левой и центральной частях таблицы приведены расстояния между атомами С“...С“, количественно характеризующие конформацию участков Leu'-Cys17 и Arg^Cys17 в двух белках. В качестве таковых выбраны расстояния между противостоящими в р-струк-
Таблица IV. 2
Расстоявня между атомами Са в теоретической конформации фрагмента Leu'-Cys23 нейротоксииа II и кристаллической структуре фрагмента эрабутоксива на участке Arg1-Cys24
^ Атомы С' Расстояние, Атомы Са Расстояние, Атомы С“ Расстояние,
А А А
(Ь...(17) 5,0 (8)...(10) 5,5 (2)...(23) 7,7
6,0 5,6 (2)...(24) 8.5
