Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
В карбонильных соединениях, таких, как кетоны, и-электроны атома О являются наиболее лабильными, на что указывает расположение УФ-по-Щос поглощения, отвечающих (и-я*)-переходам в области 280—200 нм 151 —54]. В амидах свойства /г-электронов кислорода значительно отличаются от таковых в кетонах, о чем свидетельствует батохромное смеще-Яие полос (л-я*)-переходов в области 200-220 нм [1, 51, 55-57]. Смещения Существенны и говорят о более прочной связи неподеленных пар электродов атома азота с атомами О в амидах по сравнению с модельными соединениями. УФ-полосы поглощения (/г-л‘)-переходов амидов попадают в Область (л-я*)-перехода несопряженной связи С=С. Сдвиг полосы может выть вызван изменением гибридизации атома кислорода в пептидной груп-Ое и принятием им состояния, промежуточного между sp2 и sp3, которое ведет к нарушению ортогональности орбиталей n-электронов С=0 и возникновению взаимодействия между ними, т.е. перегибридизации. В ре-
зультате неподеленные пары электронов атома кислорода приобретают частично связывающий характер, что и компенсирует в пептидной группе уменьшение л-электронной плотности на связи С=0, способствуя тем самым сохранению ее длины, л-порядка и силовой постоянной. О значительном вкладе неподеленных пар электронов атома кислорода в электронную структуру пептидной группы свидетельствуют также те большие изменения в распределении электронной плотности, которые происходят в этой группе при образовании межмолекулярных водородных связей, т.е. при вовлечении /г-электронов атома О во внешние взаимодействия.
Таким образом, согласно предлагаемой новой модели структурной организации пептидной группы, высокая лабильность ее электронного строения определяется взаимодействиями между неподеленной парой электронов атома N, л-электронами связи С-0 и неподеленными парами электронов атома О. Последние не учитываются в модели Полинга. Электронные структуры сложноэфирной и цианамидной групп могут быть описаны подобным образом.
Г л а в а 5 КОНФОРМАЦИИ СВОБОДНЫХ АМИНОКИСЛОТНЫХ ОСТАТКОВ
В решении задачи структурной организации белков изучение взаимодействий между валентно-несвязанными атомами в свободных аминокислотных остатках представляет особый интерес. Эти взаимодействия определяют у каждого стандартного остатка его конформационную потенцию, которая при укладке белковой цепи в нативную трехмерную структуру реализуется в виде определенного конформационного состояния. Знание максимальных конформационных возможностей свободного звена по-липептидной цепи является исходным в последующем изучении средних и дальних межостаточных взаимодействий, благодаря чему оно составляет основу метода структурного анализа пептидов и белков.
Простейшими молекулами, моделирующими конформационные возможности свободных аминокислотных остатков, являются метиламиды N-аце-тил-а-аминокислот (H3C-CONH-CaHR-CONH-CH3). В последующем изложении ради краткости будем называть их по числу остатков монопептидами. Пространственное строение этих молекул при выбранных значениях длин химических связей и валентных углов определяется двугранными углами вращения вокруг связей N-C“((p) и Ca-C'(Y) основной цепи и связей Ca-CP, CP-CY и т.д. (Xi“X2-- -) боковой цепи (рис. II.8). Обычно предполагается, что пептидные группы являются плоскими и находятся в трансконфигурации (со = 180°). Первое теоретическое исследование конформационных возможностей простейших монопептидов глицина (R=H) и аланина (R=CH3) было выполнено в 1963 г. Рамачандраном и соавт. [58] Ис-
Рис. II.8. Расчетная модель метиламидов N-ацетил-а-аминокислот с плоскими транс-конфигурациями пептидных групп (ш = 180°) в конформации с двугранными углами ф =
= у= 180°
Рис. 11.9. Разрешенные области двугранных углов <р, \(/ основной цепи метиламида N-ацетил-?-аланина с нормальными (/) и экстремальными (2) расстояниями между валентно-весвязанными атомами [58]
Обозначения а, Р, С и тс, обведенные кружками, отвечают значениям углов <р, \|/ а-спирали, Р-структуры, коллагена и тс-спирали соответственно
пользуя модель жестких сферических атомов, авторы рассчитали для этих молекул области разрешенных и запрещенных конформационных состояний, однозначно определяемых в данном случае значениями лишь двух переменных - углов ф и у. Для каждого вида пар валентно-несвязанных атомов использовалось два набора равновесных расстояний - "нормальный" и "экстремальный", в котором сумма контактных радиусов атомов была несколько меньше обычно наблюдаемой. Если в конформации монопептида все межатомные расстояния оказывались больше нормальных Значений, то она считалась полностью разрешенной. Если же хотя бы одно расстояние между атомами попадало в интервал между нормальным И экстремальным значениями или было меньше предельно допустимого значения, конформация предполагалась частично разрешенной в первом случае и полностью запрещенной во втором. Результаты расчета метиламида N-ацетил-Ь-аланина [58] представлены на рис. II.9. Как видно из рисунка, большая часть потенциальной поверхности даже при использовании экстремального набора равновесных расстояний между валентно-Несвязанными атомами оказывается запрещенной. Интересно, что значения конформационных параметров известных в то время регулярных поли-Пептидных структур попали в разрешенные области свободного монопептида. Из полученных результатов также следовал вывод о большей стабильности правой а-спирали полипептидов по сравнению с левой а-спи-ралью.
