Молекулярная биология. Структура и функция белков - Степанов В.М.
ISBN 5-06-002573-Х
Скачать (прямая ссылка):
5.1. СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПЕПТИДНОЙ СВЯЗИ
Пептидной называют связь, образованную а-аминной и ськарбок-сильной группами аминокислот. Традиционное изображение пептидной связи
а
не вполне правильно передает ее электронную структуру. Двойная связь карбонильной группы поляризована и в определенном смысле может быть представлена как одинарная связь с разделением зарядов:
С=0 <---> с-о
причем отрицательный заряд локализуется на атоме кислорода.
Изучение кристаллических структур соединений, содержащих амидную связь, показало, что расстояние С-0 в них примерно на 10% больше свойственного карбонильной группе в альдегидах и кетонах. Напротив, связь C-N за счет смещения свободной электронной пары азота к углероду приобретает в определенной мере характер двойной и укорочена опять-таки примерно на 10%. По J1.Полингу, электронная структура пептидной связи передается двумя резонансными структурами:
80
\|
н
„ •w^
ъ? хн
п эичем на долю структуры II с двойной связью углерод—азот в гиб-р 1де приходится около 40%. В результате азот пептидной связи практически полностью утрачивает основность. То обстоятельство, что с&язь С-N в пептидной группировке имеет характер частично двойной, приводит к важным стереохимическим последствиям: вращение вокруг нее сильно ограничено, она задает плоскость, в которой располагаются шесть атомов: 0 и С карбонильной группы, атомы азота и водорода группы NH и Са-атомы обоих аминокислотных остатков.
Плоскостная геометрия пептидной группировки и затрудненность поворота вокруг С-N-связи делают возможным существование достаточно устойчивых цис- и траис-изомеров, разделенных значительным энергетическим барьером (около 20 ккаль/моль1), что делает превращение одного изомера в другой редким событием. Они отличаются тем, что Са-атомы главной цепи размещаются по одну (цис) или по
разные (транс) стороны пептидной связи C“”N (рис. 5.1):
Рис. 5.1. Структура пептидной связи. А - транс — типичная, Б - цис— редко встречающаяся конфигурация пептидной связи
Атомы С^, С^+1, С и О карбонильной группы, N и связанный с ним Н лежат
в одной плоскости. Указаны межатомные расстояния в ангстремах и валентные углы. О конфигурации судят по ходу главной цепи
1 1 ккал = 4,184 кДж.
81
—Я Пептидная связь л]~~
X с/ Ni
Цис ' Транс
Транс-изомер пептидной связи энергетически выгоднее tjuc-изомера примерно на 2,6 ккал/моль, так как сближение Са-атомов в последнем
вызывает пространственные затруднения. Эта разница между изомерами в значительной мере снимается, составляя 0,5 ккал/моль, если азот пептидной связи принадлежит пролину, поскольку в таком случае в обоих изомерах в дос-положении к Са-атому ацилирующего аминокислотного остатка оказываются Са- или С^-атомы пролина. Рентгеноструктурный анализ подтвердил, что пептидные связи в белках явля-1 юте я плоскими и представлены почти исключительно транс-изомерами. Дис-пептидные связи редки: их встречается, как правило, не более одной-двух на белок среднего размера, причем преобладают связи, образованные остатками пролина. Среди 32,5 тыс. пептидных связей в большой выборке изученных пространственных структур только 116 (0,36%) имели дос-конфигурацию, однако среди 1,5 тыс. связей Хаа—Pro1 цис-изомеров оказалось 6,5%. В качестве примера укажем 9«с-пептидные связи, образованные остатками Рго-93 и Рго-114 в панкреатической рибонуклеазе, Рго-168 в субтилизине и связь Ser-197 — Ту г-198 в карбоксипептидазе А.
Таким образом, пространственное строение полипептидной цепи может быть представлено как последовательность плоских элементов — пептидных группировок, соединяющихся между собой через Са-атомы,
которые служат своего рода шарнирами. Вращение плоских пептидных группировок может происходить вокруг двух простых связей, которые соединяют атом азота с Са-атомом (N — Са) и Са-атом с углеродом
карбонильной группы (Са — С(0)). Жестких запретов для вращения
вокруг этих связей нет, однако есть некоторые предпочтительные конформации.
1 Хаа — обозначение любой аминокислоты.
82
5.2. СГБРИЧБСКИБ ОГРАНИЧЕНИЯ И ВТОРИЧНАЯ СТРУКТУРА ПЕПТИДНОЙ ЦЕПИ
Углы вращения вокруг связей N-Са и CQ—С(0) называют соответственно углами (риф (рис. 5.2). Для отсчета этих двугранных, углов прибегают к следующему приему. Если представить, что наблюдатель
с|ютрит вдоль связи N—Са, то "следующая" связь Са*~С(0) может ока-
I ¦ ч
заться заслоненной "предшествующей" связью С(О)-N. Такой конфор-
мации (заслоненной или цисоиднощ очевидно, невыгодной стерически) соответствует угол <р = 0°. Если связь Са*“С(0) не заслонена и для
достижения заслоненной конфигурации связь C(0)'_N нужно вращать по часовой стрелке, угол <р считается положительным и возрастает до 180°. В последнем случае достигается трансоидная конфигурация. В противоположном направлении отсчитываются отрицательные значения угла <р от 0° до —180°. Аналогично, для определения угла ф смотрят вдоль связи Са-С(0), при
