Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
Влияние дальних взаимодействий на конформационно жесткие по средним взаимодействиям фрагменты сводится к их дополнительной стабилизации, а также к еще большему ограничению свободы боковых цепей и, возможно, незначительной корректировке формы основной цепи. У нуклеации фрагмента Arg'-Pro9 энергия средних взаимодействий составляет —35 ккал/моль, а дальних - около -39 ккал/моль; у Phe22-Gln31 соответствующие величины равны -33 и -34 ккал/моль, а у Ala48-Gly56 —36 и
Щ0 ккал/моль. Таким образом, имеет место согласованность между практически равными по своей эффективности невалентными взаимодействиями атомов. По отношению к конформационно лабильным участкам *0ТИ функция дальних взаимодействий заключается в выборе из равно-0|роятных по средним взаимодействиям состояний единичных конфор-|В»ЦИЙ, обеспечивающих образование между ними и нуклеациями эффек-Цунных контактов, а также сближенность комплементарных друг другу уупсроглобул. Так, расчет показал, что значительно большей подвиж-щстью по сравнению с нуклеациями обладают, например, свободные фрагменты Cys14-Tyr21 и Thr32-Cys38. Но когда они присоединяются к месткому по средним взаимодействиям участку Phe22-Gln31, их состояние далностью детерминируется при встраивании в антипараллельную (3-(Лруктуру и между остатками фрагментов Cys14-Tyr и Thr32-Cys38 образуются эффективные стабилизирующие контакты. Это происходит ролько в том случае, если каждый из них принимает развернутую форму основной цепи, которая у обоих фрагментов является одной из наиболее выгодных по средним взаимодействиям. Предпочтительность такой формы y,Cys,4-Tyr21 и Thr32-Cys38 на белковом участке Cys14-Cys38 по сравнению #рядом других, изоэнергетичных у свободных фрагментов форм обусловлена дальними взаимодействиями. В (3-структуре энергия межостаточных ЯВаимодействий Cys14-Tyr21 с Thr32-Cys38 составляет —21 ккал/моль, при щ собственной энергии в развернутых конформациях соответственно -17 В-15 ккал/моль. Кроме того, они образуют стабилизирующие контакты с Предшествующим участком белка Arg'-Pro13 (—15 ккал/моль), про-цежуточным Phe22-Gln31 (—5 ккал/моль) и последующим Arg39-Ala58 ("'-12 ккал/моль).
Лабилен по средним взаимодействиям также фрагмент Arg39-Ser47 Но 13 большого числа возможных низкоэнергетических конформаций лишь од-iroero состояние обеспечивает сближенность и образование многочислен-«ых стабилизирующих контактов между жесткими (i-структурным (Cys14-Cys38) и а-спиральным (А1а48-А1а58) участками белка, суммарный энергети-Яеский эффект таких контактов составляет около -22 ккал/моль. Кроме того, в этом конформационном состоянии (энергия его средних взаимодействий равна —25 ккал/моль) сам фрагмент Arg39-Ser4 осуществляет рдновременно дальние взаимодействия с Arg'-Pro9 (-20 ккал/моль), €ys14-Cys38 (-30,0 ккал/моль) и А1а48-А1а58 (-25 ккал/моль). Общая •Нергия дальних взаимодействий в найденной нативной конформации БПТИ равна —120 ккал/моль (в среднем - 2,1 ккал/моль на остаток). Конформационный анализ молекулы БПТИ показал, что согласованные Цежду собой ближние, средние и дальние взаимодействия отличаются по **оей природе и выполняют на разных стадиях самоорганизации белковой Структуры определенные функции. Поскольку роль этих взаимодействий различна и в равной мере необходима для осуществления быстрой и везошибочной сборки белка, представляется неоправданным обсуждаемый
• литературе вопрос о том, какие взаимодействия (ближние, средние •Ли дальние) имеют определяющее значение в таком процессе. О высокой степени согласованности всех межостаточных взаимодействий Свидетельствует тот факт, что у рассмотренных фрагментов БПТИ
независимо от их длины конформационные состояния, входящие в нативную структуру белка, оказывались или глобальными, или самыми предпоч_ тительными; их энергия всегда была много меньше энергии подавляю-щего большинства конформационных вариантов, отобранных для последующего анализа.
В расчете БПТИ учитывались внутримолекулярные ван-дер-ваальсовы электростатические и торсионные взаимодействия, а также водородные связи. Каковы же вклады этих взаимодействий в энергию нативной конформации белка? Аминокислотная последовательность БПТИ включает 18 остатков, несущих 12 положительных и 13 отрицательных целочисленных зарядов. Стабилизирующий вклад электростатических взаимодействий заряженных остатков составляет около -50 ккал/моль, а дестабилизирующий - +35 ккал/моль. Следовательно, хотя электростатические взаимодействия и понижают конформационную энергию приблизительно на 15 ккал/моль, их интегральный вклад в стабилизацию структуры БПТИ невелик (5%). Суммарный стабилизирующий эффект водородных связей составил около -14 ккал/моль, т.е. < 5%. Обнаруженные в расчете водородные связи обусловлены сложным комплексом многих межостаточных взаимодействий, среди которых собственно водородные связи играют незначительную роль. Общая энергия торсионных взаимодействий в найденной конформации БПТИ равна около +58 ккал/моль, те -10 ккал/моль на остаток. Из этого следует, что взаимные расположения практически всех атомных групп основных и боковых цепей аминокислотных остатков отвечают минимумам торсионных потенциалов. Таким образом, доминирующий вклад (75%) в конформационную энергию межостаточных взаимодействий белка вносят ван-дер-ваальсовы, точнее, дисперсионные контакты.
