Конформация малых пептидов

Метод ЯМР использовался для определения конформации малых пептидов и полиэфиров [165—167] и структуры углеводов [168] и нуклеотидов. [c.187]

Метод ЯМР особенно успешно применяется для определения конформаций малых пептидов, и текущие исследования включают большое число соединений, обладающих физиологически важными свойствами. Среди них пептидные гормоны млекопитающих и родственные по действию вещества, а также пептидные антибиотики, и несомненно, эти достижения прояснят подробности взаимодействия рецептора с молекулой (см. также разд. 23.7.3.7.). [c.439]

Интенсивное изучение пространственного строения синтетических полипептидов продолжалось в течение 1950-х и первой половины 1960-х годов. Были привлечены практически все известные физические и физикохимические методы, позволяющие получать информацию о строении молекул в твердом состоянии и в растворах. Наибольшее количество данных было получено с помощью рентгеноструктурного анализа, методов рассеяния рентгеновских лучей под малыми углами, дисперсии оптического вращения, кругового дихроизма и дейтерообмена, с помощью обычных и поляризованных инфракрасных спектров. Из полученного при исследовании синтетических полипептидов огромного экспериментального материала, однако, не удалось сделать обобщающих заключений о причинах стабильности регулярных структур и сказать что-либо определенное на этой основе о принципах структурной организации белков. И тем не менее, результаты исследования повсеместно были восприняты как подтверждающие ставшее общепринятым представление о том, что пространственное строение белковой глобулы представляет собой ансамбль унифицированных регулярных блоков вторичных структур, прямую информацию о геометрии которых дают высокомолекулярные синтетические пептиды. а-Спиральная концепция Полинга не только не была поставлена под сомнение, но еще более утвердилась. В 1967 г. Г. Фасман писал "Общепризнано, что лишь несколько конформаций, благодаря своей внутренней термодинамической стабильности, будут встречаться наиболее часто и, по-видимому, именно они составляют общую основу белковой структуры" [5. С. 255]. Между тем, в то время уже были известны факты, настораживающие от безусловного принятия а-спиральной концепции Полинга. Но они выпадали из множества других фактов, согласующихся с традиционным представлением, казавшимся логичным и правдоподобным, к тому же не имевшим альтернативы. Поэтому на данные, противоречащие концепции Полинга, долгое время не обращали внимания. [c.72]

Выше были отмечены выводы принципиального порядка, которые следовали из анализа простейших пептидов. Они оказались достаточными, как будет видно позднее, для обоснования поэтапного подхода к изучению конформационных возможностей природных олигопептидов и пептидных фрагментов в белках. Наряду с ними исследование ди- и трипептидов позволило сделать ряд менее принципиальных, но важных с практической точки зрения заключений. Их ценность в том, что они позволяют существенно сократить объем вычислительных работ без нарушения строгости расчета. Например, в анализе пептидных фрагментов можно не учитывать ряд конформаций основных и боковых цепей у N- и С-концевых остатков. Для N-концевого остатка достаточно рассмотреть R- и В-формы основной цепи с ориентациями боковой цепи при значениях -60 и 180°, а для С-концевого остатка - R- и L-формы основной цепи с ориентациями боковой цепи при %] —60 и 60°. Последствия неучитываемых у первого остатка фрагмента L-формы и угла % —60°, а у последнего - В-формы и угла Xi -180° можно заранее предвидеть. Отмеченные формы L и В отличаются соответственно от В- и R-форм основных цепей С- и N-концевых остатков положением (приблизительно на 180° по углу ф в первом случае и - во втором) крайних пептидных групп, что мало сказывается на результатах расчета. В этом можно убедиться, обратившись к таблицам предшествующей главы. [c.222]

Основная причина малой эффективности физико-химических методов исследования пространственного строения ангиотензина II, как и других олигопептидов, связана с тем, что для изучения структурно-функциональной организации этих соединений недостаточно знания лишь самой выгодной по энергии конформации в случае белков, или представления о среднестатистическом конформационном состоянии молекулы в случае синтетических пептидов [28, 29]. Здесь требуется количественная оценка геометрических параметров ряда структур, их конформационных возможностей и вероятности реализации в различных условиях. Получение такой информации, как правило, находится за пределами чувствительности и интерпретационных возможностей физико-химических методов. Более того, из-за сложности соединений и недостаточной разработанности физических основ соответствующих явлений редко когда хотя бы один из методов позволяет однозначно и достаточно полно описать даже одно, доминирующее в растворе конформационное состояние пептида, используя лишь результаты собственных измерений. [c.270]

Рис. 5. Конформационная карта глицинового дипептида. Полностью разрешенные конформации попадают в области, ограниченные жирной линией, частично разрешенные — пунктирной линией. Кружки соответствуют конформациям, которые были найдены в малых незамкнутых пептидах, содержащих Гли, черные точки указывают конформации Гли в некоторых циклических пептидах [19]

Полностью разрешенные конформации попадают в области, ограниченные сплошной линией, частично разрешенные (экстремальные) — пунктирной линией. Кружки соответствуют конформациям, которые были найдены в малых нециклических пептидах, содержащих остаток глицина, жирные точки указывают конформации остатка глицина в некоторых циклических пептидах [16]. [c.372]

В последние годы все большее внимание начинает уделяться созданию методов расчета конформационных состояний боковых цепей аминокислотных остатков. Пробуждающийся интерес к этой задаче оправдан, поскольку именно боковые цепи, в которые входят две трети атомов белковой молекулы, в значительной мере определяют форму основной цепи и нативную конформацию белка в целом, а следовательно, его биофизические и биохимические свойства. Однако в подавляющем большинстве случаев сейчас, как и ранее, авторы теоретических и эмпирических исследований структурной организации пептидов и белков продолжают Исходить из предположения, что конформационное состояние основной цепи определяет ориентации боковых цепей, а не наоборот. Если бы это было действительно так, то структуры всех белков, имеющих одинаковые основные цепи, мало чем отличались бы друг от друга. По аналогичной причине в рассматриваемых ниже работах, которые посвящены полной реконструкции трехмерной структуры белка, задача решается чисто формальным образом, вне связи с физикой реального механизма свертывания белковой цепи в нативную конформацию. Ориентации боковых цепей рассчитываются при фиксированной форме основной цепи, которая [c.525]

По-видимому, эти малые скорости обмена определяются значительным временем релаксации внутримолекулярной подвижности полипептидов. Только изменение внешних параметров среды, например кислотности или температуры, влияет на скорость этих внутримолекулярных движений. Таким образом, большая разница между сравнительно медленной скоростью протонного обмена пептид—вода и практически мгновенной скоростью отображения этого обмена на системе водородных связей окружающей воды создает условия для непрерывного мониторинга конформации пептида. [c.99]

Квантовохишческие исследования [141] приводят к выводу, что конформация малых пептидов определяется в основном тремя факторами отталкиванием несвязывающих орОиталей, образованием водородных связей и торсионными барьерами вокруг связей С-С и С-Ы. Кроме того, стабилизирующий эффект могут иметь 1с-тс-взаимодействия, например, мевду ароматическим кольцом и амидной связью [142,143], а также Н-тс-взаимодействия между связью И-Н одного остатка и группой С=0 другого [144]. [c.29]

Последний шаг в изучении пространственной структуры гормона, в конечном счете, основывался на оптимальных конформациях докоза-пептида His -Leu с энергией / сщ 10,0 ккал/моль и на отмеченных только что конформациях октапептида Ghi -Val- NH2 с энергией С/ бт 8,0 ккал/моль (см. табл. Ш.ЗО). Всего было рассмотрено 84 структурных варианта гептакозапептида. Если иметь в виду найденные низкоэнергетические оптимальные состояния молекулы, к которым до некоторой степени условно относим ее конформации с величинами С/общ интервале 0-10,0 ккал/моль, то основной результат решения прямой структурной задачи секретина может быть сформулирован следующим образом пространственное строение гормона в условиях полярной среды представляет собой два семейства конформаций f efeef-j-Vq и Vn-/i7-V , отличающихся друг от друга состоянием центрального тетрапептидного участка Arg 2-Leu -Arg -Asp (рис. Ш.31, табл. 111.31) Vn и Ve - являются вариабельными N- и С-концевыми фрагментами, состоящими соответственно из шести и пяти аминокислотных остатков. Они могут принимать различные конформационные состояния, мало отличающиеся у свободной Молекулы по энергии. Фрагменты Vnj и разделены конформационно Жестким участком последовательности Thr -Leu , который может находиться в одной из двух практически изоэнергетических пространствен- [c.381]

Теоретические расчеты конформаций пептидов проводятся в последние 5—6 лет с исключительной широтой и интенсивностью. Пожалуй, работ и идей в этой области опубликовано не меньше, чем по конформациям всех малых молекул, вместе взятых. Еще ждет решения целый ряд проблем, связанных с конформациями органических молекул (термохид1иче-ские свойства, частоты колебаний, переносимость атом — атом потенциалов и других постоянных потенциальных функций) и их упаковкой в кристаллах, еще далеко не все известно о потенциальных функциях, используемых для расчетов конформаций самих пептидов. Тем не менее интерес к конформациям пептидов настолько велик, что многие исследователи отложили пока разработку проблем, связанных с другими малыми молекулами. Этот интерес оправдывается тем, что расчеты конформаций пептидов дают важную информацию о пространственном строении небольших участков белка. Есть также надежды и на то, что полная пространственная структура белка будет предсказана на основании теоретического анализа, развитого для малых пептидных фрагментов и модельных полипептидов. Насколько оправданы эти надежды, трудно сказать с достаточной определенностью, и в этом вопросе мнения разных теоретиков расходятся. [c.93]

Конформации малых циклических пептидов интенсивно исследовались Рамачандраном и его школой [74—76, 19, 103]. Замыкание небольших пептидов с амидными группами, находящимися в гра с-конфигурации, не всегда возможно более того, в некоторых случаях даже плоские iiы -пeптидныe единицы могут не обеспечить замыкания, и тогда необходимы деформации валентных углов и ю-деформации. [c.133]

Одно из наиболее впечатляющих достижений структурной химии — предсказание Полингом и Кори существования регулярной структуры типа а-спирали (а также существования правильных структур в нескольких других упорядоченных полипептидных конформациях) за 6 лет до того, как она впервые была обнаружена в кристаллической структуре миоглобина. Интересно проследить за рассуждениями, которые привели авторов к такому выводу. Длины связей и углы были известны из рентгеноструктурных исследований целого ряда малых пептидов. Разумно было предположить, что их значения не изменятся в любой вторичной структуре. Практически во всех известных структурах размеры пептидных групп одинаковы, а входящие в них группы С—О и N—Н находятся в плоской /яранс-конформации [c.89]

Другая серьезная проблема, возникающая при учете электростатических взаимодействий, связана с диэлектрической проницаемостью е. Выше отмечалось, что этот параметр характеризует макроскопическое свойство среды ослаблять взаимодействие зарядов, находящихся на большом расстоянии друг от друга. В конформационном анализе одной молекулы такая трактовка параметра е, строго говоря, теряет смысл. Тем не менее от использования диэлектрической проницаемости не отказались и вводят В расчет в виде эмпирического параметра, величина которого может существенно отличаться от величины известной физической константы. Определение е, используемой в конформационном анализе, связано с большими трудностями и вряд ли является однозначным. В отсутствие молекул растворителя в промежутке между близко расположенными атомами значение диэлектрической проницаемости определяется поляризуемостью взаимодействующих атомов и полем, создаваемым окружающими атомами и молекулами растворителя. Для неполярной среды Брант и Флори рекомендуют величину е = 3,5 [86]. Выбор был сделан при сопоставлении результатов конформационного анализа полипептидов с опытными данными. В работе Скотта и Шераги, посвященной конформационному анализу регулярных структур полипептидов, значение е варьируется от 1 до 4, что, однако, мало сказывается на профиле потенциальной поверхности [85]. Учитывая величину диэлектрической проницаемости в алкиламидах (е = 4), значения от 1 до 4 можно считать разумными при оценке электростатических взаимодействий атомов полипептидов в неполярных средах. В случае водных растворов значение зф должно быть больше, так как для самой воды е = 81 и, что весьма важно, вода при образовании водородных связей оттягивает на себя заряды атомов амидной группы. С. Кримм и Дж. Марк в расчете конформаций полипептидов с заряженными группами в водной среде использовали величину е, равную 10 [95]. В работе Е.М. Попова и соавт. [96] была рассмотрена возможность учета влияния растворителя на конформационное равновесие низкомолекулярных пептидов в рамках механической модели. Наилучшее совпадение с экспериментальными данными было получено при е = 4 для растворов в ССЦ, е = 6-7 - СНСЦ и е = 10 - Н2О. [c.119]

Ангиотензин II - основной действующий элемент ренин-ангиотен-зиновой системы, регулирующий водно-солевой обмен в организме млекопитающих. Общий эффект, производимый пептидом широкого спектра действия в организме, складывается из суммы разнообразных откликов, характер которых зависит от органов и тканей, на которые действует гормон. Имеющийся экспериментальный материал свидетельствует о том. что АТ II, как и большинство других гормонов, полифункционален. Малая изученность рецепторов пептидных гормонов, являющихся, как правило, интегральными мембранными белками, оставляет нерешенным вопрос о причине полифункциональности пептидных гормонов. Согласно одной точке зрения способность гормона стимулировать различные процессы в разных частях организма объясняется наличием нескольких специфических для данного гормона рецепторных белков, согласно другой - каждый гормон образовывает комплекс только с одним специфическим рецептором и. следовательно, вызьшает всегда одно и то же аллостерическое изменение его конформации. В этом случае полифункциональность гормона объясняется уже не спецификой гормон-рецепторных взаимодействий, а осо- [c.566]

Выше уже говорилось о ко-трансляционном протеолитическом отщеплении сигнальной гидрофобной последовательности ряда секреторных и трансмембранных белков эукариот. Сигнальная пептидаза локализована в мембране на ее стороне, обращенной от цитоплазмы (т. е. на люминальной стороне мембраны эндоплазматического ретикулума эукариотической клетки). По типу действия она оказалась эндопептидазой. Характерным местом расщепления полипептидной цепи сигнальной пептидазой. является пептидная связь у малого остатка, такого как С1у или Ala, реже Ser или ys, с его С-стороны (часто, но далеко не всегда, за ним следует заряженный остаток, такой как Arg, Lys, His, Asp). Кроме того, район расщепления должен быть как-то отмечен более открытой конформацией пептида в этом месте. Отщепление сигнального пептида — необходимая предпосылка для последующего выхода растущего пептида в водное замембранное пространство и его ко-трансляционного сворачивания там. [c.286]

В предыдущем обзоре были обсуждены возможности, связанные с использованием потенциалов невалентных взаимодействий, и на рис. 10 (стр. 29) приведены два возможных типа потенциалов. Прямоугольный потенциал, соответствующий методу жестких сфер, дает информацию только р разрешенных и запрещенных областях в пространстве независимых параметров, описывающих геометрию молекулы. Ни точные положения минимумов, ни относительные стабильности различных конформаций не даются этими потенциалами, однако грубое представление о форме потенциальных ям все же удается получить. Надо сказать, что метод жестких сфер, вообще говоря, весьма мало дает для малых перегруженных молекул, не обладающих внутренним вращением [36], однако для пептидов, в которых коиформационная свобода относительно велика, он дал возможность объяснить некоторые интересные факты. В частности, в запрещенные области конформационных карт (ф, ф) не должны попадать (и действительно довольно редко попадают) точки, соответствующие реальным полипептидам и белкам. [c.100]

Наконец, потенциалы 6-ехр Дашевского были получены путем сравнения расчетных и экспериментальных данных по геометрии различных малых органических молекул и их термохимическим свойствам с помощью методики, описанной в работах [46, 51]. Они использовались в расчетах конформаций и энергий образования, гидрирования и т. д. ароматических соединений [52, 53], углеводородов [54], в том числе циклических [55], а также в расчетах конформаций молеКул, состоящих из двух пептидных единиц [56, 57]. Как мы указывали, конформации пептидов не очень чувствительны к потенциальным функциям, и потому вполне оправдана попыт- [c.103]

Боковые и/впи. Изменение конформации боковой цепи обычно не требует значительных знергетических затрат. Различия в конформациях не превышают 3 ккал/моль. В кристаллах пептидов предпочтительно реализуются конформации с рс,=-60, +60 и +180°. Как видно из рис.8, все три значения встречаются примерно с равной частотой, что же касается то значения этого угла лежат в области 60-120°. Исследования ЯМР-спектров растворов различных производных Ы-ацетилфенилаланина [147] показывают, что преобладающей является конформация с ) =180°, причем тип растворителя мало влияет на распределение конформаций (табл.10). [c.29]

В последние пять лет были получены многие важные результаты в связи с чем неуклонно возрастала вера в то, что проблема укладки белковой молекулы будет решена уже в ближайшем будуш,ем. В настоящем обзоре оказалось невозможным обсудить в полном объеме перспективы указанной проблемы выскажем лишь некоторые соображения на этот счет. Необходимо заметить, что не все исследователи придерживаются одной точки зрения относительно главного направления предстоящих исследований. Например, Левитт и Шерага считают, что для успешного моделирования пространственной укладки белка весьма полезно использовать экспериментальные сведения о конформационных возможностях объекта. Очень информативны в этом отношении данные ЯМР, из которых легко можно получить многие межатомные расстояния в молекулах белков. В этом случае проблема заключается в том, чтобы обойтись минимумом экспериментальных сведений для достижения результата. Ясно также, что с развитием теории таких сведений будет требоваться все меньше и меньше. Во-вторых, в лаборатории автора было показано, что метод предсказания третичной структуры полностью применим к минибелкам , т. е. биологическим пептидам, содержащим до десяти аминокислотных остатков. Качество предсказания для белков длиной 100—200 остатков должно находиться в соответствии с назначением результата. Например, было показано, что достаточно приближенные расчеты вполне применимы для целей конструирования искусственных пептидных вакцин, которые после присоединения к молекуле-носителю приобретают имму-ногенные свойства и начинают производить антитела против изучаемого пептида. Можно надеяться также, что предварительное моделирование пространственной структуры задолго до получения исчерпывающих кристаллографических данных об объектах окажется полезным в биотехнологических исследованиях. Поэтому появление все большего числа работ, по-священных белкам с неизвестной третичной структурой, представляет гораздо больший интерес по сравнению с академическими, методическими работами, касающимися бе лков с уже имеющимися подробными данными о конформации. Фармакологов, нейрохимиков, иммунологов и генных инженеров как раз весьма мало интересуют расчеты белков с хорошо известной из эксперимента пространственной структурой для этих групп ученых крайне важны предсказательные расчеты белков, которые ими изучаются. [c.599]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология