Конформационная свобода

При неминуемом появлении в статистическом клубке устойчивых необратимых флуктуаций одни участки примут стабильные формы, а другие, промежуточные, останутся подвижными, хотя и их конформационная свобода за счет межостаточных взаимодействий значительно ограничится. Переход клубка в первое промежуточное состояние - результат действия бифуркаций на локальных участках. Их образование - поворотный момент, который определяет направленность процесса сборки и характер его дальнейшего развития. Впоследствии, также за счет случайно возникших флуктуаций, в специфические взаимодействия вовлекаются удаленные по цепи аминокислотные остатки из разных участков, и белок переходит во второе промежуточное состояние. Структурирование, вызванное новым набором согласованных необратимых флуктуаций, осуществляется за счет сближенности комплементарных и избирательно взаимодействующих конформационно жестких и лабильных фрагментов. Последние при этом обретают определенную форму. Появление в течение разумно короткого времени на завершающем этапе сборки необратимых флуктуаций на значительно больших, но уже частично структурированных участках также неизбежно. Увеличение количества взаимодействующих между собой остатков сопровождается уменьшением конформационных степеней свободы. Так что и здесь возможно выявление за короткое время необратимых флуктуаций при беспорядочно-поисковом механизме. [c.98]

Дипептиды и трипептиды с остатками аланина и фенилаланина. Конформационный анализ перечисленных ниже ди- и трипептидов с остатками Ala и Phe O- -Phe-L-Ala-NH , O-L-Ala-L-Phe-NH , O-L-Phe-L-Ala-L-Phe-NH , O-L-Ala-L-Phe-L-Ala-NH , выполнен на основе полученных данных по монопептидам. Включение остатка фенилаланина обусловлено наличием у него объемной и вместе с тем лабильной боковой цепи, склонной вступать во взаимодействия с соседними остатками. Выбор аланина связан со значительной конформационной свободой основной цепи, что облегчает установление эффективных взаимодействий между концевыми звеньями трипептида. [c.201]

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]

На рис. 11.32, а приведена зависимость частот встречаемости различных форм основной цепи дипептидных фрагментов (не содержащих остатков Gly) от значений угла 0 в 50 глобулярных белках, трехмерные структуры которых найдены методом рентгеноструктурного анализа с хорошим разрешением ( 2,6 А). На рис. П.32, б приведены аналогичные данные для дипептидов, включающих хотя бы один остаток Gly. Кривые на обоих рисунках представляют собой огибающие вершины прямоугольников, ширина каждого из которых равна 20° в шкале 0, а высота - частоте встреч в структурах отобранных белков дипептидных фрагментов определенной формы с углами 0, попадающими в соответствующий 20-градусный интервал. Полученное распределение опытных величин (число их > 7000), очевидно, не может вызвать каких-либо сомнений в экспериментальной обоснованности классификации форм основной цепи дипептидных фрагментов на два типа - шейпы fue. Формы R-R, R-B и B-L составляют шейп /, а формы В-В, B-R и R-L - шейп е. Редко встречаемые в кристаллических структурах белков формы дипептидных участков L-R, L-B и L-L могут занимать промежуточное положение. Кривые на рис. 11.32 имеют несколько диффузный характер, что отражает, с одной стороны, действительный разброс значений угла 0 в структурах белков, т.е. конформационную свободу остатков, а с другой - экспериментальные ошибки в определении значений ф и V /, которые могут составить 10-15°. Однако несмотря на большую ширину полос, нельзя не заметить их дублетную, а в ряде случаев триплетную структуру. Это указывает на существование у всех форм основной цепи дипептидов двух или трех предпочтительных значений угла 0, обеспечивающих наиболее выгодные взаимные ориентации смежных остатков. Расстояния между максимумами полос распределения всех форм основной цепи равны 40-60°. Отмеченный опытный факт об относительной дискретности распределения значений угла 0 целесообразно учитывать в конформационном анализе пептидов и белков при выборе исходных для минимизации энергии структурных вариантов. [c.226]

Ряд работ посвящен исследованию спектров ЯМР ангиотензина II, дающих наибольшую информацию о пространственном строении молекулы. Однако единства в интерпретации экспериментальных данных нет и здесь, Одни авторы [41] считают, что спектры свидетельствуют о существовании ангиотензина II в растворе в одной конформации, имеющей преимущественно вытянутую форму. Другие [42] делают вывод о том, что молекула имеет свернутую форму, в которой ароматические боковые цепи остатков Туг и His располагаются параллельно друг другу и эффективно взаимодействуют, а карбонильная группа остатка Asp образует водородную связь с аминогруппой остатка Туг . Изучение времени С-спин-решеточной релаксации привело авторов работы [43] к выводу о наличии большой конформационной подвижности первых двух остатков и отсутствии -изгиба у этой части молекулы. Авторы работы [44], используя тот же метод, пришли к иному заключению. Они считают, что все остатки ангиотензина II, за исключением остатка Туг , имеют примерно одинаковую конформационную свободу в наибольшей степени ограничена подвижность боковой цепи остатка Туг , взаимодействующей с многими остатками молекулы. Вицинальные константы всех остатков ангиотензина II [36, 45, 46] имеют значения, удовлетворяющие любым величинам ф, у каждого остатка в низкоэнергетических областях R, В и, следовательно, 2 комбинациям конформационных состояний остатков в пептидной цепи молекулы. Всего для молекулы ангиотензина на основе экспериментальных данных, главным образом спектров ЯМР, было предложено не менее десяти различных моделей (см. [22, 26, 27]). [c.280]

Между взаимодействиями боковых цепей друг с другом и с элементами основной цепи, с одной стороны, и взаимодействиями последних между собой - с другой, в лучших конформациях пептида имеет место согласованность. Если говорить об иерархии, то скорее основная цепь, обладая огромной конформационной свободой и вдвое меньшим числом атомов, подстраивается под боковые цепи и принимает такую форму, которая обеспечивает максимально возможную сближенность валентно-несвязанных атомов и образование между ними эффективных стабилизирующих контактов. Важно понять, что по сравнению с детально изученной и [c.398]

Таким образом, остатки Asp , Phe , ys и Leu в кристаллической структуре фрагмента обладают ограниченной конформационной свободой и находятся в наиболее низкоэнергетических состояниях Поскольку в каждом случае имеется только одна область низкой энергии, конформационное состояние каждого остатка пептидной цепи фрагмента Arg - ys взаимообусловлено. Кооперативность столь велика, что делает невозможным изменение конформации основной цепи одного остатка без одновременного изменения конформаций других остатков, т.е. без разрушения всей системы средних взаимодействий, в данном конформационном состоянии. В силу этого обстоятельства, а тем более при наличии согласованности ближних, средних и дальних взаимодействий маловероятно не только изменение структуры основной цепи данного участка, но и большие отклонения углов ф, у в рамках той же структуры при генерации аминокислотной последовательности и ее укладке в нативную структуру [c.440]

Эти особенности природных полипептидов, как будет подтверждено совместным рассмотрением опытных данных Крейтона и результатов расчета конформационных возможностей БПТИ, оказываются достаточными для сокращения области поиска и направления случайно возникающих флуктуаций по кратчайшему пути. Сборка белка при соблюдении отмеченных условий начинается одновременно и практически независимо на конформационно жестких по средним взаимодействиям фрагментах, разделенных лабильными участками последовательности. Случайный и беспорядочный перебор всех возможных флуктуаций практически автономных жестких фрагментов обязательно приведет к возникновению у каждого из них бифуркационной комбинации необратимых конформационных изменений, отвечающих уникальному сочетанию флуктуаций входящих в фрагмент остатков. Время, необходимое для структурной самоорганизации пептидного участка из п остатков по беспорядочно-поисковому механизму I - 10" с. Следовательно, продолжительность сборки конформационно жесткого фрагмента с п < 12 не превышает 10 с, т.е. вполне реально. Альтернирующие вдоль белковой цепи конформационно лабильные участки приблизительно той же длины за это время также претерпевают серьезные изменения. Реализация у них средних взаимодействий приводит к ограничению конформационной свободы. Из огромного массива случайных состояний путем все того же беспорядочного перебора обратимых и необратимых флуктуаций за время г = Ю" с возникает ограниченный набор устойчивых и при отсутствии дальних взаимодействий изоэнергетических состояний. [c.475]

АТ I - декапептид, содержащий в С-концевой части последовательности остатки His и Leu. Удлинение цепи заметно повлияло на распределение конформаций по энергии. Оно привело к большей детерминации конформационных состояний пептида, т.е. к ограничению конформационной свободы. Из структурного набора АТ II фактически разрешенными остаются три конформации группы А (А , А2 и A4), причем самыми низкоэнергетическими по-прежнему являются А и Aj. Конформация А2 более выгодна по энергии, чем А , так как ее потенциальная поверхность более комплементарна поверхности дополнительного дипептидного фрагмента His -Leu °. Заметное повышение у АТ I энергии конформаций группы В, делающее их практически запрещенными, объясняется, во-первых, значительно более слабыми взаимодействиями участка His -Leu ° с остальной частью молекулы (их энергия, например, у В[ составляет-6,2 ккал/моль, в то время как у А2 и А соответственно -11,3 и -9,4 ккал/моль), а во-вторых, потерей по стерическим причинам ряда стабилизирующих взаимо-действий остатка Phe, концевого у АТ II и промежуточного у АТ I [c.572]

Меньше внимания было уделено проблеме раскручивания родительской ДНК перед реплицирующей вилкой. Одно предположение заключается в том, что одна родительская цепь разрезается с тем, чтобы предоставить ДНК конформационную свободу для расплетания, и затем сшивается, прежде чем происходит разделение родительских цепей. До появления лучшего ответа на этот вопрос размышления над этой проблемой несколько облегчаются использованием модели осциллирующей спирали , предложенной как альтернатива Уотсон-Криковской структуре для ДНК [15]. [c.200]

Наипростейшая из используемых моделей полимерной молекулы — модель свободно сочлененной цепи, в которой каждый сегмент имеет одинаковую длину, но не имеет объема. Такая модель может быть исследована на основе марковской статистики, принимающей в расчет изменения энтропии, связанные с ограничениями конформационной свободы молекулы. [c.32]

Описанная модель структурной самоорганизации белка непосредственно отвечает ренатурационному процессу, протекающему в условиях in vitro, когда исходное конформационное состояние молекулы максимально неупорядоченно. Сборка белка в процессе биосинтеза и при содействии шаперонов протекает в принципе по тому же беспорядочно-поисковому механизму и поэтому не требует разработки специальных моделей. Возможность свертывания аминокислотной последовательности до окончания синтеза и отхода от рибосомы в первом случае, и взаимодействие флуктуирующей цепи со специфическими белками во втором ограничивают конформационную свободу неструктурированного белка. В результате уменьшается количество обратимых, непродуктивных флуктуаций, увеличивается вероятность появления бифуркаций и, следовательно, сокращается время сборки. Иными словами, запрещая целый ряд обратимых флуктуаций, шапероны сближают друг с другом бифуркационные точки и тем самым делают процесс самоорганизации нативной конформации белка более эффективным. [c.99]

Основные цепи. По характеру влияния формы боковой цепи (R) ла конформационную свободу основной цепи монопептидного участка (- ONH- HR- ONH-) 20 стандартных аминокислотных остатков можно разделить на четыре стереохимических типа Gly, Ala, Val и Pro. Первый [c.181]

Рассмотрим конформационные возможности линейного тетрапептидного фрагмента окситоцина y8 -Pro -Leu -Gly -NH2- Известно, что остаток Pro не только сам имеет ограниченную конформационную свободу в областях В и R, но и значительно затрудняет подвижность предшествующего остатка, обусловливая для него энергетическую предпочтительность форм В и L. Поскольку во всех предпочтительных структурах циклического гексапептида значения угла < 0°, то в анализе тетрапептида для остатка Су8 принята В-форма основной цепи. Всего для минимизации энергии было составлено 144 варианта фрагмента y8 -Gly -NH2 четырех возможных структурных типов пептидного скелета еее, eef, efe и eff). Как следует из расчетов, наиболее представителен по числу низкоэнергетических состояний тип основной цепи eff. Исходные приближения для анализа всей молекулы окситоцина были составлены соответственно из 8 и 10 низкоэнергетических конформаций гекса- и тетрапептидного фрагментов. Минимизация их энергии по всем двугранным углам основной и боковой цепей свидетельствует о нереальности подавляющего большинства рассмотренных конформаций. В широкий энергетический интервал 0-9,0 ккал/моль из 80 состояний попадает лишь 20. Глобальная конформация окситоцина состоит из самых выгодных состояний гексапептидного цикла и тетра- [c.330]

Заканчивая обсуждение теоретических и экспериментальных данных о конформационных возможностях молекул энкефалинов, по-видимому, можно отметить, что в настоящее время нет еще единого мнения о пространственном строении простейших природных нейропептидов, количестве предпочтительных состояний, их энергии и геометрии. Не только не установлена связь между структурой и функцией, но не ясны некоторые принципиальные моменты подхода к достижению этой цели. Тем не менее, имеющийся материал о структуре энкефалинов указывает на наличие у них большой конформационной свободы и возможности реализации структур различных шейпов, а в пределах одного шейпа - нескольких форм основной цепи. [c.352]

Исследование пространственного строения пентакозапептидного участка -эндорфина потребовало предварительного анализа конформационных возможностей более коротких фрагментов (Lys - 11е , 11е - Asn , Lys - Asn ). Рассмотрение пентапептида (19-23) и тетрапептида (22-25) Показало, что оба фрагмента в изолированном состоянии обладают значительной конформационной свободой. Набор исходных приближений ептапептида Lys - Asn составил 311 структурных вариантов 43 шей-Вов пептидного скелета. Хотя последующая минимизация и не выявила Существенной дифференциации структур по энергии, тем не менее полу-,Ченные результаты сделали реальным конформационный анализ более сложного фрагмента. В интервал 0-6,0 ккал/моль попало около 100 конформационных состояний 17 шейпов гептапептида Lys - Asn . Все они [c.359]

На рис. IV. 15 приведены совмещенные карты ф-у свбодного и встроенного в Arg - ys и Arg - ys остатка Gly . Как видно из рисунка, состояния остатка в обоих фрагментах соответствуют области низкой энергии монопептида. У Arg ys конформационная свобода Gly уменьшается, и он может принимать значения ф, у только в двух областях -вблизи 140, -80° и 100, 180°, причем первый минимум предпочтительнее второго на 1-2 ккал/моль. На участке Arg - ys различие в энергии двух потенциальных ям возрастает до 5 ккал/моль, так как при значениях ф, V 140, -80° у Gly имеет место сближенность многих остатков фрагментов [c.450]

Вернемся теперь к ренатурации молекулы БПТИ. Обнаруженная Крейтоном [7] в самом начале этого процесса статистическая смесь моно-85-продуктов может быть смело отнесена к добифуркационному этапу сборки, когда еще не сложились автономные конформационно жесткие структуры и состояние белковой цепи почти полностью определялось обратимыми флуктуациями. Через короткое время селекция беспорядочных конформационных отклонений привела к возникновению на участках Лг -Рго (см. рис. 1У.7), РНе 2-01п (см. табл. 1У.7) и А1а" -01у стабильных пространственных форм, а на промежуточных участках последовательности БПТИ к немногочисленным наборам структурных вариантов. После уменьшения конформационной свободы продукты с одной дисульфидной связью в денатурированной цепи уже не могут оставаться равновероятными. Существовавшая ранее статистическая смесь 15 моно-58-продуктов автоматически дифференцируется по энергии. В результате, как показывает опыт, наиболее предпочтительными оказываются два продукта. Один из них содержит связь Су5 °-Су5 , а другой-Су5 —Су5 °, отсутствующую в нативной конформации белка (рис. IV. 17). Интересно то обстоятельство, что остатки Су5 , Суз и Суз , образующие дисульфидные связи в самых предпочтительных моно-55-про-изводных, входят в конформационно жесткие фрагменты 1-9,22-31 и [c.475]

Н. Гё, рассматривая возможные пути достижения промежуточного, активированного состояния, предполагает, что этой стадии предшествует образование зародышевых, эмбриональных структур [66]. В предложенной им модели, названной эмбрионуклеационной, возникновение эмбрионов происходит за счет ближних взаимодействий, которые могут быть как согласованными, так и не согласованными с дальними взаимодействиями, актуальными для отдельных нуклеаций и белковой глобулы в целом. В первом случае будет иметь место дальнейший рост эмбриона и переход его в стабильную локальную структуру (нуклеацию), а во втором -распад, При согласовании ближних и дальних взаимодействий Гё допускает два механизма свертывания цепи [18]. По одному из них, механизму миграционного развития, эмбрион развивается путем поверхностной сорбции остатков неупорядоченной области и слияния с соседними по цепи эмбрионами. По другому, диффузионно-коллизионному, предложенному М.Карплюсом и Д. Уивером [67], эмбриональный рост происходит в результате столкновения и последующей коагуляции двух (или более) эмбрионов, принадлежащих разным, далеко отстоящим участкам последовательности. Оба механизма не противоречат друг другу и, по-видимому, отражают разные стадии процесса сборки. Первый требует меньшей потери энтропии и поэтому предпочтителен в начальной фазе структурирования. Второй сопряжен со значительным ограничением конформационной свободы и может быть выгоден после создания стабильных эмбрионов, переходящих в нуклеации. Впрочем, П. Ким и Р. Болдвин усматривают в диффузионно-коллизионном механизме еще одну возможность объединения зародышевых форм [68]. Они предполагают, что соударения эмбрионов приводят к конформационным перестройкам, благоприятным для их объединения. [c.494]

Как полагают Меклер и Идлис, "обязательный компонент любой А-А-связи - водородная связь, образующаяся между полярной группой боковой цепи одного аминокислотного остатка и карбонилом остова полипептидной цепи - компонентом аминокислотного остатка-партнсра" [352. С. 43]. Вокруг таких водородных связей имеются гидрофобные рубашки, "защищающие их от атаки молекулами растворителя, в первую очередь, воды. Таким образом Природа обеспечивает образование особых, ранее неизвестных, специфических связей между аминокислотами - Л-Л-связей" [352. С. 44]. Из описанной структурной модели A-A-комплекса, однотипной для всех 26 пар аминокислотных остатков, не ясно, почему водородная связь является "обязательным компонентом любой A-A-связи". Это исключено по целому ряду причин. Во-первых, стабилизирующая энергия водородной связи, даже если она экранирована от контактов с водой, во много раз уступает суммарной энергии других видов невалентных взаимодействий, прежде всего, дисперсионной энергии. Во-вторых, точечное взаимодействие двух атомов этого "обязательного компонента" не может обеспечить стереокомплементарность остатков А и A. Напротив, как хорошо известно [353], взаимное расположение групп С = 0 и Н-О (H-N) определяется не столько самой водородной связью, сколько потенциальной энергетической поверхностью окружающих ее атомных групп. Она реализуется только в том случае, если удовлетворяет требованиям других видов невалентных взаимодействий, среди которых наибольшие ограничения накладывают ван-дер-ваальсовы взаимодействия. В-третьих, сближенность акцептора и донора протона требует определенной ориентации друг относительно друга основной цепи одного остатка и боковой цепи другого, что должно лишать конформационной свободы оба аминокислотных остатка и вести к реализации у всех пар A-A-связей данного типа одинаковых конформационных состояний. Такая унификация пространственного строения A-A-комплексов, как отмечалось, противоречит эксперименту. И наконец, в-четвертых, с предложенной моделью A-A-связи не согласуется четко проявляющаяся в трехмерных структурах белков тенденция боковых цепей заряженных остатков (Arg, Lys, Glu, Asp), находящихся на поверхности глобулы, принимать полностью развернутые конформации и ориентироваться в [c.536]

КИСЛОТНЫХ остатков депсипептида, как и у аминокислотной последовательности, описываются с помощью тех же четырех канонических форм К, В, Ь и Н. Различия в конформационной свободе остатков пептидной и депсипептидной цепей касаются числа разрешенных областей, их относительной энергии и размера. Варьирование боковых цепей и Ы-метилирование в обоих случаях не сопровождается образованием новых областей низкой энергии. [c.553]

В случае реализации полностью цйс-белка конформационная свобода была бы чрезмерно ограничена. Если есть необходимость в одном универсальном изомере, то почему выбран транс-, а не цис-1 зомер Убедительным аргументом в пользу /и/ анс-изомера служит строгое ограничение разрешенного конформационного пространства в полностью ifис-полипептидной цепи. Для изолированного а-атома стерические затруднения в случае цис- и /и/ анс-изомеров ie отличаются. Однако для гипотетической полностью цис-поли-2 [c.35]

Другой усовершенствованный вариант исследования — решеточная модель, изучаемая с помощью вычислительной техники. Если более чем один сегмент полимера может в одно и то же время занимать определенное местоположение в решетке, то эта модель также сводится к представлению о безобъемной полимерной цепи. Однако более близкое приближение к реальному случаю предполагает такое расположение цепи в решетке, когда выбор способа присоединения сегмента к цепи ограничен (введением некоторого воображаемого угла связи) и исключена возможность многократной занятости одного элемента решетки, так что сегменты приобретают реальный объем. Такая модель очень походит на растворенную полимерную молекулу, когда сегменты ее цепи равны по размеру молекулам растворителя. Если это отсутствует, влияние растворителя можно учесть посредством включения в процедуру выбора положения последующего сегмента — некоторого весового параметра. И в этом случае вычисляют изменения энтропии, связанные с ограничением конформационной свободы молекулы. [c.32]

Смотреть страницы где упоминается термин Конформационная свобода: [c.114] [c.167] [c.173] [c.174] [c.181] [c.185] [c.188] [c.207] [c.207] [c.247] [c.260] [c.277] [c.321] [c.343] [c.375] [c.379] [c.405] [c.421] [c.425] [c.429] [c.451] [c.548] [c.548] [c.552] [c.554] [c.575]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология