Конформационные пептидные карты

Пептидная связь обладает некоторой гибкостью. Конформацион-ные карты на рис. 2.3 и 2.5 построены в предположении жесткой пептидной связи, имеюш,ей параметры Полинга — Кори (рис. 2.1,а). Дальнейшее уточнение модели требует введения потенциалов изменения валентных углов, длин связей н торсионного вращения вокруг пептидной связи. Это, естественно, делает конформационное пространство одного остатка многомерным, а любое непосредственное использование или исчерпывающее описание — затруднительным. Приведем для оценки отклонения, отвечающие увеличению потенциальной энергии на 1 ккал/моль [c.34]

Конформационный анализ каждой молекулы метиламида Ы-ацетил-а-аминокислоты начинался с построения при изменении углов ф и у конформационной карты, которая давала ориентировочное представление о поверхности потенциальной энергии молекулы и расположении областей самой низкой энергии. Последние выбирались в качестве нулевых приближений для поиска энергетических минимумов при вариации как двугранных углов ф, у, X, так и валентных углов пептидных групп и углов при атоме С . Затем, используя длины связей Полинга-Кори и найденные теоретические значения валентных углов, усредненные по оптимальным конформациям каждой молекулы, вновь строились конформационные карты ф-у. Рассмотрение полученных результатов начнем в обратном порядке, т.е. с уточненных конформационных карт [c.158]

В дальнейшем изложении будет показано, что формы основной цепи фрагмента могут быть разделены на отдельные типы, которые иною названы шейпами пептидного скелета. В основе разделения форм по шейпам лежит дипептидный структурный элемент. Формы одного шейпа имеют аналогичный ход пептидной цепи и подобное взаимное расположение боковых цепей и звеньев основной цепи. Следовательно, они обладают близкими возможностями в отношении средних взаимодействий Различия в этом случае связаны с энергией ближних взаимодействий и конформационной свободой форм остатков (R и В имеют меньшую энергию на карте ф-vji и большую площадь, чем L и тем более Н) (см рис. 11.10). Шейп является качественным понятием, которое не зависит от конкретной аминокислотной последовательности, а определяется лишь числом остатков. [c.224]

Конформационное пространство, интервал углов ф и ), допустимых для остатка без боковой цепи (Gly), показаны на рис. 2.3, а. Эта 0ф-карта построена для жесткой пептидной связи с параметрами, приведенными на рис. 2.1, а, и с учетом обеих, нижней нормальной и нижней предельной, границ контактных расстояний (табл.2.1). Разметка карты выполнена по старой номенклатуре [27]. При нанесении новых значений ф, 4 [21] начало сдвигается в центр карты. Остаток Gly имеет большую и непрерывную разрешенную область, занимающую около 50% пространства. Явно запрещенные контакты возникают между атомами H +i и 0/ i в центре, а также между атомами 0/-i и О,. Менее заметные затруднения обнаружены между атомами Н, и Нг+ц 0 j и С , а также 0 i и N,+i. Наименее значимо стерическое взаимодействие между атомами N,- и H i- [c.30]

Таким образом, если пептидная связь обладает заметной гибкостью, то конформационная карта, построенная при фиксированных параметрах этой связи (рис. 2.5), может оказаться неточной в тех областях, которые отвечают слабым стерическим затруднениям, как, например, в областях, разрешенных только для Gly, поскольку их можно устранить небольшими отклонениями валентных и торсионных углов, а также длин связей. Этим объясняются те 5% случаев на рис. 2.4, в которых значения 0, г]) попадают в области, запрещенные, согласно модели жестких сфер, из-за сте-рического взаимодействия с Ср-атомом. [c.34]

Отдельная полипептидная цепь левой спирали недостаточно упорядочена. Элементом группы левой спирали одиночной пептидной цепи следует считать триплет, поскольку он является элементом группы суперспирали. Идентичны не все, а только каждые третьи пары значений углов (0, vf). Однако отклонения в углах (0, г з) для всех остатков невелики и составляют около 10°. Поэтому структуру отдельной цепи можно аппроксимировать спиралью (линейной группой) с одним остатком в качестве элемента группы, которой отвечает одна конформационная точка на карте (0, i ) (рис. 2.3). Параметры спирали одиночной полипептидной цепи прд ведены в [c.90]

Валин и изолейцин в большей степени, чем какие-либо другие аминокислотные остатки, ограничивают свободу вращения пептидной цепи, поскольку разветвление бокового радикала начинается уже с атома (в этом смысле их интересно сравнить с изотактическими полимерами, у которых ветвление начинается с первого атома боковой цепи, и в результате пространственных затруднений кристаллический полимер приобретает конформацию спирали 41). В работе [12] были найдены разрешенные и запрещенные области конформационной карты дипептида для нескольких остатков, в том числе для валина (рис. 12). Пространство, занимаемое на этой карте валином (или изолейцином), совсем мало. Как мы уже говорили, все остальные остатки должны занимать промежуточное положение между аланином и валином, однако, как мы видим из рис. 13 и как мы еще увидим на примере фенилаланина, [c.123]

Итак, как мы отметили, большинство аминокислотных остатков в смысле ограничения свободы пептидной цепи (но не относительной стабильности тех или иных конформаций) подобно аланину. Действительно, детальное исследование метиламида Ы-ацетил-1-фенилаланина, проведенное в работе [92], наглядно это демонстрирует. Конформационная карта рис. 15 построена таким образом, что каждой точке этой карты соответствует оптимальная конформация бокового радикала (из девяти возможных конформаций, отвечающих локальным минимумам, в каждом случае выбиралась оптимальная). В расчете использовались параметры, предназначенные для водных растворов (см. выше). Сходство этой карты с картой рис. 8, если в последнем не принимать во внимание свернутые формы, [c.125]

Имея конформационные карты, мы может по формулам (24) — (26) вычислить термодинамические величины и затем, используя хорошо разработанный матричный метод [6,7, 162], рассчитать Вернее, нас удет интересовать не /12, а характеристическое отношение где I — виртуальная связь в полипептиде — длина вектора, проведенного от одного атома С к последующему (3,80 А), а п — число пептидных [c.148]

Глицин оставляет пептидную цепь симметричной, и, как для полимеров с симметричными R (см. гл. 7), конформационная карта глицинового дипептида (или молекулы метиламида N-ацетил-глицина) должна быть центросимметрична (центр симметрии р = я) = 0°). Аланин — простейшая аминокислота, уже имеющая атом СР, и этот атом углерода в радикале R единственный. Конформационная карта аланина не должна иметь элементов симметрии, а конформационная свобода соответствующего дипептида благодаря введению группы СНз вместо водорода существенно ограничена по сравнению с глициновым аналогом. Конформационная свобода уменьшается с увеличением объема группы R и, вероятно, должна быть наименьшей для массивного радикала валина. Другие обычные аминокислоты в этом смысле занимают промежуточное положение, напоминая скорее аланин, и только изолейцин является аналогом валина. Наконец, пролин, а также оксипролин, благодаря встраиванию в пептидную цепь циклической группировки, занимают особое положение — их конформации характеризуются только одним углом вращения — углом ijj. [c.371]

Распределение остатков внутри и снаружи молекулы согласуется с данными для других глобулярных белков. Гидрофобные остатки предпочтительнее располагаются внутри молекулы, а заряженные группы — снаружи [52]. Поскольку участок в р-форме находится главным образом внутри глобулы, в нем обнаружено много гидрофобных аминокислот, в том числе лейцина и фенилаланина. Всего в контакте с водой не принимают участия 78 остатков. Из них 22 могут образовывать водородную связь с атомами пептидной связи или близлежащих остатков, и, по-видимому, эта возможность почти во всех случаях реализуется [3, 52]. Два остатка триптофана (63 и 147) и один остаток тирозина (238) спрятаны внутри молекулы КПА. Остальные остатки этих аминокислот находятся в частичном контакте с растворителем. Существование водородной связи между ОН-группой Туг-238 и карбонильной группой Glu-270, вероятно, имеет некоторое значение для конформационного изменения с участием Glu-270 при связывании субстрата, как описано ниже. Четыре из десяти остатков пролина расположены у N-концов спиральных участков, а три —у концов наиболее длинных цепей в слое с р-структурой. Во внутренней части молекулы находятся три карбоксильные группы, принадлежащие остаткам 104, 108 и 292. Конечно, справедливость этого утверждения зависит от того, насколько правильно установлен тот факт, что они являются свободными и не участвуют в образовании амидных связей. Карбоксильная группа Glu-292 образует солевой мостик с Arg-272, так что ее заряд локально нейтрализован. Детальное изучение карт электронной плотности обнаружило неизвестный ранее факт внедрения в молекулу карбоксипептидазы десяти молекул воды [52]. [c.514]

В наши дни стало привычным просматривать целиком всю область возможных значений ф и а з, используя вычислительные машины. Расчеты конфор мации пептидной группы выполнил Рамачандран. Результаты такого анализа часто представляют в виде графиков зависимости ф от гр (графиков Рамачандрана, или конформационных карт), на которых обводят рамками области возможных комбинаций двух углов. Конформационные карты пептидов (рис. 2-5) показывают, что число возможных комбинаций торсионных углов довольно велико. Существенная часть этих комби- [c.89]

П. Де Сантис и соавт. [61] в 1965 г. рассчитывают регулярные конформации полипептидов, используя для описания взаимодействий валентно-несвязанных атомов не модель жестких сфер, а потенциальные функции невалентных взаимодействий. Карты ( )- / Рамачандрана приобретают контуры эквипотенциальных сечений и позволяют теперь уже делать количественную сопоставительную оценку потенциальной энергии любого конформационного состояния свободного монопептида или соответствующего звена полипептида. Д. Брант и П. Флори в том же году с помощью конформационных карт провели статистические расчеты размеров клубков полипептидов и пришли к заключению о необходимости, помимо невалентных взаимодействий, учитывать также электростатические взаимодействия, что они и сделали в диполь-дипольном приближении [62]. В ряде работ Шераги и соавт. [63-66] были исследованы спиральные конформации гомополипептидов природных а-аминокислот с применением как модели жестких сфер, так и потенциальных функций. Новым в этих работах явился учет с помощью потенциала Липпинкота и Шредера возможности образования пептидных водородных связей. [c.156]

В табл. 11.12 приведены экспериментальные и теоретические значения дипольных моментов (д) серии монопептидов и их М-метильных производных [88]. Дипольные моменты измерены в растворах СС14 и СНС1з они представляют собой усредненные по всем конформациям молекул величины. Для суждения о зависимости значения ц от величин двугранных углов ф, у монопептидов была построена соответствующая карта, которая на рис. 11.15 совмещена с потенциальной поверхностью метиламида М-ацетил- -аланина. Дипольный момент всей молекулы определялся путем векторного сложения моментов амидных групп, которые, согласно данным Курланда и Вильсона, равны 3,7 В и направлены под углом 40° к пептидной связи С -Ы [1]. Из сопоставления экспериментальных данных с результатами расчета следует, что в конформационном равновесии соединений 1-Х в неполярном и слабополярном растворителях возможно [c.164]

Графически конформационные параметры полипептидной цепн удобно изображать с помощью карт, предложенных Г. Рамачаидра-ном в 1963 г. ( карты Рамачандрана ) и отражающих зависимость энергии остатка от параметров и (рис. 36). Значения углов (( и откладываются по осям координат от —180 до +180. В силу взаимодействия между заместителями в пептидной цепи углы и не могут принимать любые значения — для них разрешенными оказываются лишь некоторые дискретные области (выделенные на карте темным цветом), которые соответствуют энергетически выгодным конформациям пептидной цепи, т. е., по существу, являются областями минимума энергии. Их достаточно компактная локализация свидетельствует о том, что углы и I- взаимосвязаны, изменение одного из них влечет изменение второго. Например, если угол ip приобретает значение в интервале 60 — I20, то для угла энергетически выгодным оказывается значение, не превышающее — 60 ". [c.87]

Заканчивая обсуждение конформаций аланинового дипептида, следует сказать, что конформационные карты очень много дают для понимания структуры белков, и заслуга Рамачандрана состоит в том, что он первым открыл разрешенные и запрещенные области [3, 4]. Однако конформационные карты объясняют, но не всегда еще дают возможность предсказывать, поскольку, во-первых, вопрос об относительной стабильности различных конформаций весьма труден и неоднозначен, он в большой мере определяется параметризацией, а, во-вторых, пространственная структура белков в целом зависит от далеких взаимодействий, хотя взаимодействия соседних пептидных единиц, как мы сейчас видели, уменьшает число возможностей. [c.123]

В предыдущем разделе мы рассмотрели допустимые конформации дипептидов и соответствующие конформационные карты. Возникает вопрос — в какой степени будет ограничена свобода пептидной цепи, если атомы водорода амида заменить на метильные группы. Это не праздный вопрос, ибо Ы-метилированные амидные группы входят в состав многих биологически активных соединений пептидной природы (дест-руксин, споридесмолиды, актиномицины, энниатины). Очевидно, конформационные возможности этих соединений ограничены допустимыми конформациями фрагмента С —КР СО— С НК—НК"СО—С , где К, как обычно — боковой радикал, например, аланил (К = СНз), а Н и К" — это Н или СНз. [c.127]

Основные черты конформационных карт дипептидов, несомненно, должны сохраняться в полипептидах разница состоит только в том, что благодаря взаимодействию пептидных единиц, находящихся в соседних витках спирали, разрешенные области несколько уменьшаются, а энергетические контуры сужаются. На рис. 25 приведена конформационная карта цолк-1-аланина [19]. Сравнение ее с аналогичной картой аланинового дипептида (рис. 7) показывает, что границы допустимых областей — в особенности для форм R и L — резко> сузились более того, полностью разрешенная область R состоит теперь уже из двух частей, и только область В осталась практически неизменной (это легко понять, ибо в области В соседние пептидные единицы максимально удалены). Как и в случае дипептидов, закономерности, наблюдающиеся на конформационных картах полиаланина, являются общими для всех аминокислотных остатков, содержащих атом СР. [c.140]

Как связаны те закономерности, которые мы рассматривали с пространственной структурой глобулярных белков Конформационные карты дипептидов содержат разрешенные п запрещенные области и дают информацию о положении минимумов потенциальной энергии по ф и il). Структуры двух белков — миоглобина кашалота [165, 166] и лизоцима яичного белка [167 168], известны теперь уже достаточно хорошо для того, чтобы с точностью 20—30° можно было бы оценигь двугранные углы в каждой пептидной единице [16, 169]. Как мы уже отмечали, Брант и Шиммель [91], Рамачандран и Саси-секхаран [19], а также Шерага [20] рассматривали распределение точек, соответствующих углам ф и ij) в этих белках, на конформационных картах дипептидов. Очевидно, спиральные участки белков не представляют интереса (равно как и области р-структуры в лизоциме), их углы ф и гр находятся вблизи минимумов конформационной карты и потому мы приводим на рис. 26 только точки, относящиеся к неспиральным участкам. Конформационные карты аланинового дипептида построены при этом без учета электростатики и водородных связей (потенциалы Дашевского). [c.150]

Расчетами конформаций пептидов занимались четыре группы исследователей — группы Рамачандрана, Ликвори, Флори и Шерага. В дальнейшем к этому направлению подключился еще ряд теоретиков, в том числе Е. М. Попов с сотр. и В. Г. Туманян в Москве, С. Г. Галактионов с сотр. в Минске. Достижения каждого из исследователей можно кратко охарактеризовать следующим образом. Рамачандран и сотр. первыми начали конформационные расчеты пептидов [1] и нашли разрешенные и запрещенные области на конформационных картах [2] Ликвори [3] первым применил атом-атом потенциалы для построения конформационных карт. Брант и Флори [4] показали важность учета электростатических взаимодействий для предсказания относительной стабильности различных конформаций и разработали метод расчета гибкости модельных пептидов и сополимеров наконец, Шерага интенсивно исследовал конформации дипептидов методом жестких сфер [5—9] и с потенциальными функциями [10—12], а также пытался разработать пути поиска оптимальной структуры циклических пептидов и нерегулярных пептидных фрагментов [13 14, V. 1, р. 43 15]. [c.360]

Увеличение углов вращения соответствует движению по часовой стрелке, если смотреть от М-конца к С-концу пептидной цепи вдоль соответствующей связи. Именно такой способ отсчета углов вращения был принят нами и при обсуждении конформаций сте-реорегулярных макромолекул (см. гл. 7). Разумеется, введение новой номенклатуры не обязывает нас перестраивать полученные прежде конформационные карты достаточно лишь нуль отсчета (ф, л1)) перенести из левого нижнего угла в центр карты. Тогда, если старые обозначения углов считать со штрихами, а новые нет, то ф = 180° — ф, Ф = 180° — 1] и (О = 180° — со. [c.362]

Таким образом, конформационная карта метиламида N-ацетилаланина превосходно объясняет распределение точек (ф, tjj) в глобулярных белках. Однако конформационный анализ таких малых фрагментов, как дипептиды, полезен для объяснения конформаций пептидных звеньев в белках, но явно недостаточен для их предсказания. Теперь мы обратим внимание на те соображения и конформационные расчеты, которые могут быть положены в основу предсказаний. [c.388]

Конформационная энергия молекулы в (IX.1.1) представляется суммой отдельных видов взаимодействий в попарно-аддитивном приближении, когда каждая пара атомов взаимодействует независимо от их внутримолекулярного окружения. Оптимум потенциальной энергии и соответствующее ему конформационное состояние находят путем минимизации функции (ф, ф) при вариации значений двугранных углов вращения вокруг единичных связей. Естественно, учитывая большой объем вычислений, эта задача может быть решена только с помощью ЭВМ. Определение конформационных состояний отдельных аминокислотных остатков по формуле (IX. 1.1) представляет собой необходимый и важный этап на пути построения конформационных карт, пространственной структуры белка. Конформационное состояние отдельно взятого аминокислотного остатка определяется взаимодействием атомов боковой цепи данного остатка с прилегающими пептидными группами. Вычисления для аминокислот с длинными боковыми цепями связаны с необходимостью учитывать как вращение вокруг их единичных связей (связи Со,-Ср и Ср-Су), так и взаимодействие соседних боковых цепей. Барьеры вращения в боковых цепях (углы у) зависят от природы атомных групп. Для алифатических групп Ео 12,6 кДж/моль, а для фенильной группы в боковой цепи Eq 2,52 кДж/моль (Г.Шерага, 1968). [c.204]

Двугранные углы ф, / основной цепи всех остатков в пептидах и бел-Шх. всегда находятся на конформационных картах в низкоэнергетических вдластях R, В, L и Н (см. рис. 11.23 и 11.24). Введем понятие формы атка, которое означает принадлежность его конформационного со-эяния к одной из указанных областей пространства ф- /. Форма остатка ни форма фрагмента) прямо не связана с природой аминокислот и их недовательностями, а является полуколичественной характеристикой новной цепи, указывающей лишь область значений углов ф, /, а не сами ачения. Для идентификации формы основной цепи достаточен етырехбуквенный код R, В, L и Н. Смысл введения этого понятия Заключается в том, что оно отражает общий характер взаимодействий томов пептидного скелета, а также определяет возможности боковых Цепей В отношении взаимодействий друг с другом и с основной цепью. [c.223]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология