Конформации пептидов в растворе

Далее, в силу возрастающего применения физических методов, особенно рентгеноструктурных исследований, ЯМР- и оптической (дисперсия оптического вращения, круговой дихроизм) спектроскопии, акценты были сдвинуты к проблемам топологии этих важных молекул и ее связи с их биологической функцией [114—116]. Другой, в равной мере важной причиной этого сдвига, была высокая степень жесткости циклопептидов по сравнению с их линейными аналогами, что снижало число связанных взаимопревращениями форм и в определенной мере облегчало анализ. Тем не менее эти пептиды все еще в какой-то мере сохраняют гибкость, и часто конформация в кристаллическом состоянии отличается от конформации в растворе. Подробное обсуждение конформаций выходит за рамки этого обзора, но приводятся узловые моменты, касающиеся химических или биологических свойств молекул. [c.313]

Конформации пептидов в растворе [c.42]

КОНФОРМАЦИЯ ПЕПТИДОВ В РАСТВОРЕ [c.35]

Введение 33 Биомедицинское значение 33 Структура пептидов 33 Ионные формы пептидов 34 Конформация пептидов в растворе 35 Методы разделения пептидов 35 Определение аминокислотного состава пептидов 36 Определение первичной структуры полипептидов 37 Автоматическое определение аминокислотной последовательности полипептидов методом Эдмана 38 Автоматический синтез пептидов 40 Литература 41 [c.375]

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]

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]

Близкие по молекулярному весу пептиды можно фракционировать за счет избирательной сорбции одного или нескольких компонентов смеси на матрице. Примером может служить разделение окситоцина и вазопрессина на сефадексе 0-25 [22] в 0,1 н. муравьиной кислоте (рис. 34.3). Порядок выхода оказался обратным тому, который был предсказан на основании анализа конформации этих пептидов в растворе. По-видимому, [c.401]

Изложенный метод оказался особенно удачным при исследовании водных растворов пептидов и белков. Важно отметить нри этом, что число конформационных параметров скорее лимитируется расчетным временем, а не сложностью рассматриваемой системы. Поэтому, если молекула белка не меняет конформации, то учет ее влияния на окружающую среду но очень усложняет машинные расчеты. [c.575]

Грамицидин С и тироцидиновые антибиотики стали моделями для многих углубленных и новаторских исследований конформации пептидов [115, 139]. Их относительно простые структуры и высокая биологическая активность обеспечивали широкое поле деятельности для изучения связи между структурой и активностью. Хотя грамицидин С существует как в растворе, так и в кристаллическом [c.319]

Конформационные состояния пептидов определяются теми же силами и взаимодействиями, что и пространственная структура белков. Однако меньшие размеры молекул снижают число анутри-молекулярных контактов в пептиде, что приводит к увеличению роли среды в стабилизации конформации пептида, уменьшению энергетической дифференциации форм и в целом к увеличению конфор-мационной подвижности пептидов по сравнению с белками, фрагментами которых в ряде случаев они и являются. Этим обстоятельством можно объяснить тот факт, что для большинства природных и синтетических линейных пептидов исследования в растворах не обнаружили четко фиксированных структур. Как экспериментальные, так и расчетные данные свидетельствуют об участии в равновесии сложного ансамбля конформеров, из которых с большей или меньшей степенью надежности выявлялись характеристики отдельных форм. При этом оставался открытым вопрос о том, какая из выявленных форм отвечает биологически активной [c.106]

Синтезировано несколько сотен аналогов опиоидных пептидов, в частности энкефалина и динорфина, многие из которых обладают высокой активностью, пролонгированным действием и находят практическое применение. Относительно характера взаимодействия этих соединений с их рецепторами можно лишь утверждать — большинство нейропептидов данной группы имеют весьма подвижные конформации в растворах и их взаимодействие с рецептором лучше объясняется на основе концепции динамичеокого фармакофора (взаимного индуцированного соответствия лиганда и рецептора). [c.263]

Детальные описания указанных работ имеются в обзоре Рамачандрана и Сасисекхарана [16], посвященном рассмотрению конформаций пептидов и белков. Один из обзоров Шерага [17] охватывает расчеты конформаций олиго- и полипептидов, другой его обзор [18] посвящен анализу термодинамических свойств пептидов и белков в растворах и исследованию роли ближайших взаимодействий в определении нативной конформации белка. В обзоре автора [19, с. 93] рассмотрены более поздние достижения в расчетах конформаций пептидов и, в частности, работы,проведенные у нас в стране. [c.360]

Порядок расположения аминокислотных остатков относительно друг друга в молекуле пептида фиксирован, но именно вращение атомов и групп вокруг валентных связей, которое определяется набором возможных торсионных углов, обеспечивает существование множества конформаций пептида. Основная цепь пептида в растворе никогда не имеет простой формы вытянутой нитки. Наиболее вероятная конформация синтетического гомополимера — статистический (беспорядочно спутанный) клубок с максимальным значением конформационной энтропии. Природный пептид имеет более организованную конформацию — его цепь сложена в упорядоченные блоки из-за скручивания и уплотнения пептидной цепочки (Полинг, 1964). Методами рентгеноструктурного анализа было установлено, что полипептидная цепь, состоящая из Ь-изомеров, изогнута в виде спирали. Один шаг а-спирали вдоль оси пептида составляет 5.4 А, и на каждый виток спирали приходится приблизительно 3.6 аминокислотных остатка. Каждый из. остатков связан с остатками предыдущего и последующего витков водородными связями между атомом водорода амидной и атомом кислорода карбонильной групп. [c.43]

Хотя рассмотренные периодические граничные условия особенно наглядны в случае единичных кристаллических ячеек, они могут успешно переноситься и на растворы. В этом случае необходимо определить размер единичной ячейки и расстояние, до которого ведется расчет энергии (пороговое расстояние) и учитывается влияние дальнодействующих сил. Хаг-лер с сотр. [22] методом Монте-Карло изучили поведение Ы -метиламида Л-ацетилаланина в водном растворе. Данная молекула представляет интерес как классическая модель обладающего химическими признаками полипептида. Эта молекула имеет достаточное число степеней свободы (5) для существования различных конформаций. В растворе оказывается возможным учитывать только влияние воды на предпочтительность конформаций пептида и пренебрегать влиянием растворенного пептида на структуру воды. В результате выполненных расчетов были получены следующие данные о поведении Ы -метиламида N-aцeтилaлaнинa в растворе [c.576]

Небольщие циклические пептиды особенно годятся для изучения конформаций, поскольку ограниченная молекулярная подвижность позволяет существовать только некоторым конформациям. Циклотрипептиды в кристаллах обладают только конформацией короны. В растворе же дополнительно появляется асимметричная конформация ванны в том случае, если в трипептиде присутствует хотя бы одна нехиральная аминокислота (саркозин, Ы-бензилглицин) [492а]. [c.203]

Наряду с гидрофобными эффектами, существенное влияние на конформацию пептидных молекул оказывают водородное связывание и диполь-дипольное взаимодействие. Хорошей моделью для изучения такого рода взаимодействий являются глицинсодержащие пептиды. На рис. 4.4 изображена зависимость Л2 от числа атомов, разделяющих концевые группы для водных растворов глицинсодержащих пептидов при различных температурах. Зависимость должна быть линей- [c.198]

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]

Транслокация выводит аминоацильный остаток, предшествующий С-концевому, из пептидилтрансферазного центра рибосомы, а дальнейшее добавление очередных остатков к С-концу все более отодвигает его и примыкающие к нему остатки от пептидилтрансферазы. Однако участок пептида длиной приблизительно 30—40 остатков, начиная от пептидилтрансферазного центра (т. е. от растущего С-конца), оказывается все еще закрытым рибосомой и не экспонированным в виде свободной цепи в окружающий раствор. В какой конформации пребывает этот примыкающий к С-концу участок растущего пептида и какое влияние оказывает на него рибосомное окружение— вопрос открытый. Кажется маловероятным, что пептид в рибосоме переходит в состояние вытянутой цепи или беспорядочного клубка. При каждом акте транспептидации и последующей транслокации пептид должен проталкиваться сквозь рибосому на один остаток, и необходимая для этого жесткость и векторность могли бы обеспечиваться его а -спиральной конформацией (т. е. сохранением исходной конформации, задаваемой пептидилтрансферазным центром). Имеется еще одно веское соображение спиральная конформация любого полипептида оказывается предпочтительной в канале или другом 272 [c.272]

На примере пептидов, состоящих только из -аминокислот, и по данным кристаллографического анализа виомицина и туберактиномицина О видно, что все их амидные группировки имеют транс-геометрию. Другой важной особенностью, выявленной рентгеноструктурными исследованиями и затем подтвержденной изучением этих соединений в растворе, является наличие хелатного кольца, стабилизованного водородной связью, конформация которого подобна р-витку, типичному для многих других циклических пептидов (см. ниже). В соединениях семейства виомицина угловое положение в р-витке занято остатками -серина и уреида дидегид-росерина. [c.315]

Актиномицины являются мощными ингибиторами ДНК-зависи-мого синтеза РНК, т. е. ступени транскрипции в биосинтезе белка см. схему (1) и служат мощным биохимическим средством. Актиномицин D нашел также ограниченное применение в клинике для лечения некоторых видов опухолей. Его действие включает образование высокоустойчивых комплексов с ДНК, что препятствует этой кислоте проявлять свое биологическое действие. В связи о этим были приложены значительные усилия по исследованию конформаций этих молекул как в кристаллическом состоянии, так и в растворе [115, 150]. Общепринятая схема взаимодействия двойной спирали ДНК с актиномицином основана на данных рентгеноструктурного исследования кристаллического комплекса, содержащего актиномицин и дезоксигуанозин (рис. 23.4.3) [151]. По этой схеме феноксазоновый хромофор внедряется между соседними парами оснований G- ДНК, где остатки гуанина принадлежат различным цепям ДНК, и две аминогруппы остатков гуанина образуют специфические водородные связи с обоими циклическими пептидами, находящимися в узком желобе спирали. Эта модель согласуется с известными данными и представляет собой важное достижение в молекулярной биологии. [c.325]

Шерага рассмотрел теоретические аспекты проблемы глобулы [4, 121] в предположении, что нативная конформация поли-пептидиой цепи в растворе отвечает минимуму функции, равной сумме потенциальных энергий всех внутримолекулярных взаимодействий и свободной энергии всех взаимодействий белка с растворителем. Принято считать, что нативной конформации глобулы соответствует минимальная свободная энергия (см. [122]). Трудность состоит в том, что нативное состояние представляет собой набор близких друг к другу конформацион-ных микросостояний (вследствие лабильности неупорядоченных участков глобулы). [c.234]

Большой интерес вызывает пространственная структура биологически активных олигопе1 тидов. Большинство из них не образует четких пространственных форм в водном растворе. Вместе с тем в ряде случаев прослеживается присутствие свернутых форм со сближенными С- и -концевыми участками. В неполярных средах или при взаимодействии с матрицей рецептора свернутые формы могут стабилизироваться электростатическими взаимодействиями противоположно заряженных группировок (рис. 63). Для многих биологически активных пептидов — брадикинина, тафцина, энкефа-линов, пептида дельта-сна, фрагментов кортикотропина, мелано-тропина и др. были получены циклические аналоги в которых свернутые конформации фиксированы образованием ковалентных связей. Проявление этими аналогами высокой биологической актив- [c.110]

По-видимому, единственный обоснованный метод исследования МВ белка с помощью гелевой хроматографии заключается в определении элюционных характеристик белков, после превращения их в статистические клубки путем разрыва связей 3—3 и денатурации в концентрированных растворах мочевины (8Л/) или гуанидинхлорида (6М). Этот метод основан на результатах Бенуа [42], показавшего, что существует универсальная линейная калибровочная зависимость, связывающая удерживаемый объем макромолекул с логарифмом произведения МВ на характеристическую вязкость [т]]. Однако подобная зависимость не прослеживается у глобулярных белков, возможно вследствие трудности точного определения у них [т]]. С другой стороны, при переходе к денатурированным белкам, когда пептидные цени находятся в конформации статистического клубка, этот метод становится особенно удобным, поскольку, как это установлено в работе [43], для подобных пептидов существует универсальная линейная зависимость 1д [т1]и lg (МВ). Действительно, в работах [44, 45] показано, что имеет место линейная зависимость удерживаемых объемов денатурированных таким образом белков от lg (МВ). Нами была исследована подобная зависимость для ТСГХ денатурированных в мочевине и гуанидинхлориде ДНС-белков [40]. При этом для предотвращения реокисления полученных нри восстановлении меркантоэтанолом ЗН-грунн последние блокировались с помощью иодуксусной кислоты. [c.153]

Конформация полипептида в растворе частично определяется прямым взаимодействием пептидных групп друг с другом. То обстоятельство, что синтетические по-липептидй имеют высокорегулярную, кристаллическую структуру, тогда как многие другие- полимеры аморфны, т. е. обладают структурой беспорядочного клубка, в принципе свидетельствует о наличии некой естественной конформации для полипептидов. Результаты тщательной оценки длины связей и валентных углов, основанной на размерах, установленных для планарных пептидных связей в кристаллах небольших пептидов, существенно ограничили число возможных моделей конформации полипептидов. Дальнейшие ограничения в выборе возможной конформации были связаны с тем, что, согласно исходным предположениям, каждая карбонильная и каждая амидная группа пептида участвует в образовании водородной связи и что конформация полипептида должна соответствовать минимальной энергии вращения вокруг одинарной связи. Этим требованиям для пептидов, в которых имеются внутримолекулярные связи, отвечала правая спираль, содержащая 3,6 аминокислотных остатка на один виток (так называемая а-спираль) [1].. Существование спиральных структур предсказанных размеров в синтетических полипептидах было подтверждено с помощью самых различных физических методов, в том числе и методом рентгеноструктурного анализа. Такая а-спираль, в которой каждая пептидная группа соединена водородной связью с третьей от нее пептидной группой, считается наиболее вероятной моделью отдельных участков остова молекулы глобулярных белков, к которым относятся и ферменты. Нужно подчеркнуть, однако, что конформация глобулярного белка в целом отличается от простой регулярной а-спиральной структуры из-за наличия, в белке дисульфидных связей и остатков пролина, которые нарушают спиральное строение и изменяют ориентацию цепи, а также из-за взаимодействия боковых цепей, ответственного за третичную структуру. Действительно, рентгеноструктурный анализ с высоким разре- [c.25]

Замена растворителя может влиять и на стерические свойства некоторых лигандов. Так, например, в случае макромолекул полипептидов (с точки зрения координационной химии они являются поли-функциональными лигандами) перемена растворителя может вызвать существенные изменения в конформации молекул, влияя на их поведение как лигандов. Кортикотропин, например, не обнаруживает высокой упорядоченности в водных растворах [50], однако в трифтор-этаноле этот полипептид принимает структуру а-спирали [25]. В смесях растворителей типа вода — трифторэтанол степень упорядоченности пропорциональна соотношению растворителей в смеси все это отражается на равновесных константах протонирования для пептидов [15, 47]. Естественно, что конформационные изменения оказьшают влияние на координацию кортикотропина с металлом. [c.185]

Итак, большинство аминокислотных остатков в составе пептида в смысле ограничения свободы пептидной цепи (но не по относительной стабильности тех или иных конформаций) подобны остатку аланина. Действительно, детальное исследование конформаций метиламида М-аце-тил-L-фeнилaлaнинa, проведенное в работе [56], это наглядно демонстрирует. Карта, приведенная на рис. 8.8, построена таким образом, что каждой ее точке соответствует оптимальная конформация боковой группы Я (из девяти возможных конформаций, отвечающих локальным минимумам, в каждом случае выбиралась оптимальная). В расчете использованы параметры, предназначенные для водных растворов, т. е. е = = 10 и ) = 0,5 ккал/моль. Сходство этой карты с картой, показанной на рис. 8.5 (если в последней не принимать во внимание положения свернутых форм), очевидно. Совершенно аналогичными должны быть карты метиламидов К-ацетил-1-тирозина и, вероят- [c.376]

По существу а- и 3-структуры — это конформационные разновидности пептидных цепей, называемые часто вторичной структурой пептидов и белка. Открытие а- и р-структур — заслуга Полинга. На синтетических полипептидах, построенных из остатков одной аминокислоты (например, на полилизиие), можно показать обратимость взаимных переходов а- и р-конформаций твердого вещества при механическом воздействии или изменении влажности. При растворении в воде синтетического полипептида (например, полиглутаминовой кислоты) или белка а-спираль сохраняется. Лишь при повышенип температуры, в довольно узком температурном интервале, происходит плавление — нарушение водородных связей а-спирали, образование новых водородных связей с водой и переход в глобулярную структуру, сопровождающийся резким падением вязкости раствора. Такое же нарушение а-спиралей происходит при растворении их в водном растворе мочевины (например, в 8 М растворе) или в дпхлоруксусной и трифторуксусной кислотах (вследствие образования межмолекулярных водородных связей), тогда как диметилформамид не нарушает а-спирали. За процессом разрушения а-спиралей и обратным процессом спирализации можно следить 1) по изменению вязкости 2) по ускорению и замедлению дейтерообмена 3) по изменению вращения плоскости поляризации 4) по дисперсии оптического вращения. Каждый из этих показателей допускает и количественную трактовку. Остановимся на второй и третьей характеристиках. [c.671]

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]

Приведенные выще примеры указывают на то, что титрование отдельных остатков в белке зависит от последовательности аминокислот в нем. Однако до сих пор мы имели дело лищь с короткими пептидами, обладающими относительно гибкой конформацией. Белковые же молекулы, кроме первичной, имеют вторичную и третичную структуру. Поэтому при анализе ионизационного равновесия в белках необходимо принимать во внимание электростатические взаимодействия, возникающие между всеми близко расположенными друг к другу зарядами. Попытки количественного исследования этих взаимодействий в отдельных случаях были достаточно успещными, однако в целом эта проблема до сих пор остается чрезвычайно сложной. Как будет показано ниже, все полиэлектролиты создают вокруг себя облако из противоионов, что приводит к ослаблению ионных взаимодействий. Плотность этой ионной атмосферы зависит от концентрации электролита в растворе и от геометрии близко расположенных заряженных групп полимера. В принципе в условиях высокой ионной силы данные титрования прежде всего отражают электростатические взаимодействия между близлежащими заряженными группами. Следовательно, при таком титровании мы получаем некоторую информацию о локальной вторичной и третичной структурах. Однако сами по себе данные полного потенциометрического титрования еще недостаточно информативны. [c.48]