Конформационный анализ свободные энергии

Проведенный анализ пространственных форм основных цепей амино. кислотных остатков в белках показал, что их конформационные состояния почти полностью определяются ближними взаимодействиями, т.е, взаимодействиями валентно-несвязанных атомов в пределах одного остатка Влияние даже ближайших остатков ни в одном случае не ведет к повышению энергии, а проявляется лишь в характере распределения конформационных точек в пределах низкоэнергетических областей конформационных карт изолированных молекул метиламидов N-ацетил-а-аминокислот. Несмотря на наличие средних и дальних взаимодействий, которые обусловливают образование глобулы, в белках не реализуются состояния остатков с повышенной энергией ближних взаимодействий. О высокой степени соответствия конформационных состояний самым низкоэнергетическим оптимальным конформациям свободных монопептидов свидетельствует, например, отсутствие в белках остатков в формах М и Н, которые проигрывают в условиях водного окружения глобальным оптимальным конформациям не более 3,0 ккал/моль. Распределение конформационных точек (р, 1 остатков в белках на картах метиламидов N-ацетил-а-аминокислот находится в хорошем соответствии со свободной энергией состояний изолированных монопептидов. [c.186]

Молекулы энкефалина являлись объектами многочисленных теоретических конформационных исследований. Впервые расчет структуры Met-энкефалина был проведен в 1977 г. Дж. Де-Коэном и соавт. (167, 180]. На основе анализа 400 структурных вариантов молекулы, сформированных путем комбинации конформационных состояний свободных остатков, отвечающих минимумам на соответствующих картах ф-у, выделены 15 конформаций с относительной энергией 0-3,0 ккал/моль. Они имеют как свернутые, так и полностью развернутые формы основной цепи, причем вторые являются более предпочтительными. В наборе низкоэнергетических конформаций на предпоследнем месте оказалась структура с i-изгибом, предложенная ранее на основе данных ЯМР [149, 153]. Ввиду крайне упрощенной методики расчета, исключающей реальную оценку межостаточных взаимодействий прежде всего боковых цепей и их пространственной ориентации, выводы работ [52, 167] трудно считать достаточно обоснованными. Использованный неконтролируемый подход к выбору исходных конформационных состояний остатков и отсутствие минимизации энергии по углам внутреннего вращения не гарантируют от пропуска действительно низкоэнергетических структур Met-энкефалина и ошибочного конформационного распределения по величинам энергии. [c.346]

НИЯ отдельных участков в глобальной структуре отвечают низкоэнергетическим конформациям свободных фрагментов. Максимальный разброс составляет 0-3,8 ккал/моль, причем большие величины / вщ имеют короткие фрагменты, включающие Arg , в пределах которых не может быть в полной мере реализована потенция этого остатка к взаимодействиям, Однако среди конформаций, имеющих ту же форму основной цепи, они наиболее предпочтительны. Таким образом, величина С/ б,ц какой-либо конформации короткого участка белковой цепи не является удовлетворительным критерием для оценки вероятности реализации конформации в белке. Более показательным представляется отношение энергии данной конформации к энергии других вариантов, имеющих сходную форл у основной цепи или шейпа. Поэтому при фрагментарном конформационном анализе белка на более поздних стадиях расчета из-за неполной реализации средних взаимодействий на коротких участках следует учитывать возможно большее число различных конформеров, отвечающих коротким участкам основной цепи. В данном случае величины / бщ конформационных состояний фрагментов, составивших глобальную структуру, попадают в начало или в середину энергетических интервалов, которые были приняты для отбора перспективных вариантов. [c.432]

Физическая теория и результаты расчета моно-, ди- и трипептидов, подтвержденные сопоставлением с экспериментальным материалом, позволили разработать количественный фрагментарный метод конформационного анализа олигопептидов. Метод основывается на предположении о возможности исследования конформационного состояния сложной аминокислотной последовательности путем предварительного анализа пространственного строения ее простых перекрывающихся фрагментов, конформационные возможности которых рассчитываются с использованием в качестве нулевых приближений всех комбинаций низкоэнергетических оптимальных конформаций свободных аминокислотных остатков (молекул метиламидов N-ацетил-а-аминокислот). Наборы лучших по энергии оптимальных состояний простых фрагментов служат исходными для формирования нулевых структурных вариантов более сложных фрагментов и т.д. В основе метода лежит построенная по принципу "дерева" классификация пептидных структур на конформации, формы и шейпы. Предложенная классификация полностью отвечает известным эксперимен- [c.587]

Фактический экспериментальный материал будет сопоставлен с расчетными данными по равновесным смесям. Расчет выполнен как на основании свободных энергий углеводородов, взятых из [2] (расчет I), так и на основании общих закономерностей конформационного анализа и данных табл. И (расчет II). Иногда вместо расчета состава равновесной смеси будут (на основании конформационных представлений) вскрываться причины термодинамической устойчивости (или неустойчивости) тех или иных углеводородов. Как уже указывалось, расчеты и конформационный анализ угле- [c.70]

Данные по равновесным смесям бутанов приведены в табл. 13 Кроме экспериментальных результатов, взятых из работы [18], мы приводим рассчитанные значения равновесных смесей. Расчеты, как уже указывалось, выполнены на основании данных по свободным энергиям и на основании конформационного анализа, дополненного данными табл. И. [c.71]

Большие успехи в области конформационного анализа примерно с 1950 г. позволяют в настоящее время уже с некоторыми приближениями рассчитывать, как это описано в следующих разделах, разности свободных энергий конформаций пираноз. [c.442]

В экспериментальных исследованиях по конформационному анализу важно запланировать определение не только разности свободных энергий конформаций, но также и определение разности энтальпий и энтропий, а также влияние растворителя. Как ни мало на сегодняшний день было достигнуто в этой области для хелатных циклических систем, в недалеком будущем можно предвидеть быстрый прогресс. [c.152]

Результаты конформационного анализа фрагментов прежде всего сделать вывод о нереальности всех структурных вариантов с формой R-L-L у (I) и формами B-R-R, R-R-R и L-R-R у (II). Следовательно, последующее рассмотрение сводится к анализу конформаций 8 шейпов из 16 возможных в общем случае для пентапептида. Они представляют собой комбинации шейпов ef,fe ифрагмента (I) и ее, fe (II). Каждый шейп БПП5 включает формы основной цепи низкоэнергетических конформаций фрагментов. Представление о распределении 530 оптимальных конформаций молекулы БПП5 дает табл. III, 1. Переход от свободных фрагментов (I) и (II) к пентапептиду сопровождается резкой дифференциацией конформаций по энергии. Из многочисленного набора возможных конформаций БПП составленных из предпочтительных состояний трипептидов (I) и (II), ныде- [c.258]

Полученные данные представляют определенный интерес при анализе стереохимии реакций 0-ацилирования (алкилирования) енолят-анионов р-дикарбонильных соединений. Очевидно, что если свободная энергия активации таких реакций меньше энергии активации г ис-те аис-конфигурационных переходов, то стереохимический состав продуктов реакций (при условии отсутствия их взаимной изомеризации) должен соответствовать конформа-ционному составу енолят-анионов, что и было показано при аци= лировании натрийацетоуксусного альдегида хлористым ацетилом в ДМФ нри —74° С. При проведении реакции при более высоких температурах, когда скорость конформационных переходов возрастает, стереохимический состав реакционной смеси не соответствует конформационному составу енолят-анионов. [c.237]

В табл 35 представлены данные о влиянии конформации оксигрупп на константы равновесия и изменение свободной энергии при реакции с За- и Зр,17Р"ОСД [1]. В полном согласии с постулатами конформационного анализа, константа равновесия заметно меньше для экваториальной I гидроксильной группы и, следовательно, при ее окислении имеется большее изменение свободной энергии. Разность энергии между экваториальными и аксиальными заместителями, по данным табл. 35, составляет около 1,0 ккал моль. [c.130]

Пространственная структура цитохрома с поддерживается гидрофобными и водородными связями без участия цистеиновых мостиков. Большой интерес для ферментативного катализа представляет вопрос о конформационных изменениях в молекуле цитохрома с при изменении валентности железа. Свободная энергия в закрытой щели на 3 ккал/моль больше, что более выгодно для восстановленной ферро-формы цитохрома с [28]. Прямой рентгеноструктурный анализ обоих ( рм еще не проведен, а рис. 24 относится к ферри-цитохрому с. Однако по многим другим данным [31] изменение валентности железа вызывает существенные конформационные изменения в его несимметричном окружении. Изменяются конформации боковых цепей и способ расположения боковых цепей и ароматических колец заместителей, однако обычно предполагается, что при этом мало затрагивается третичная структура глобулы — конформация основной полипептидной цепи. Вместе с тем известно, что окислительно-восстановительные процессы в цитохроме с сопровождаются изменениями реакционной способности многих функциональных групп белковой молекулы и влияют на ее устойчивость к действию протеолитических ферментов (ферро-цитохром с более устойчив). [c.110]

Представление о том, что у гетерогенной полипептидной цепи наиболее компактными, энергетически предпочтительными во всех случаях оказываются только регулярные структуры, не подкрепляется физическими соображениями, противоречит экспериментальным данным и результатам теоретического конформационного анализа. Такое представление нельзя объяснить соображениями общего характера. Часто встречаемые в природе регулярность и простота форм всегда обусловлены физическими причинами, стремлением обрести минимальную свободную энергию. У монокристалла, например, высокая симметрия элементарной ячейки представляет наилучшие условия идентичным молекулам для образования между ними наибольшего количества стабилизирующих контактов и, следовательно, возможность иметь наименьшую энергию у жидкости шаровая форма капель обладает минимальной поверхностью и, соответственно, наименьшей энергией поверхностного натяжения и т.д. У белков с сугубо нерегулярным расположением вдоль цепи боковых радикалов пространственные структуры с регулярными формами основной цепи, очевидно, не могут во всех случаях обеспечить максимальное число эффективных внутримолекулярных контактов и быть всегда самыми стабильными. [c.330]

Роль энтропийного фактора (Д5т ), как это следует из самой природы формулы (1), становится особенно заметной при повышенных температурах. Поэтому приведенные в табл. 1—5 данные по равновесным концентрациям стереоизомеров при 500—бОО Кважны тем, что они учитывают сложную зависимость между строением и энтропией углеводородов. В то же время при более низких температурах разница в свободных энергиях пространственных изомеров, особенно для относительно простых структур, может быть достаточно точно определена на основании некоторых обш их положений конформационного анализа. Так, например, разницу в энергетическом содержании цис- и пракс-1,2-диметилциклопен-танов можно приравнять разнице в энергиях между заслоненной (характерно для г йс-вицинального расположения заместителей 5300 кал/молъ) и частично заслоненной (характерно для транс-вицинального расположения заместителей 3500 кал/молъ) бута-новыми конформациями. Энергетически эта разница соответствует двум скошенным (гом) бутановым конформациям и составляет примерно 1800 кал моль. [c.25]

Говоря об устойчивых (или неустойчивых) конформациях в конфор-мационном анализе, имеют в виот относительную термодинамическую устойчивость, определяемую значениями конформационной свободной энергии /103/, В условиях равновесии в алкаке существует бесчисленное множество конформаций. Однако основное конформационное состояние молекул определяется стереохимическими особенностями лшяь некоторых, термодинамически наиболее устойчивых поворотных изомеров /102/, Если конформационную свободную энергию определять только значением энтальпии конформационного перехода АН, пол .-гая изменение энтропии равным нулю, то наиболее устойчивой будет трансоидная конформация. Образование скошенных форм может оказаться предпочтительней только вследствие изменения энтропии. При повышении температуры и удлинении молекулы роль энтропийного фактора растет, В наших расчетах свободная энергия конформеров определялась как разность энергии данной конформации и полностью трак-соидной. [c.147]

Конформационные переходы цепи с кинк-изомерамп, свободная энергия которой при наличии напряжения представляется сплошной линией (рис. 5.1), термодинамически необратимы, а внутренняя энергия переходит в тепло. Представляет интерес постоянная времени процесса перехода если она мала по сравнению со временем, в течение которого происходит растяжение цепи, то кривая напряжение—деформация не слишком сильно отличается от кривой, соответствующей сплошной линии на рис. 5.1, а если постоянная времени слишком велика, то переходы могут быть запрещены и цепи деформируются эластично. Однако при промежуточных значениях постоянных времени наибольшие напряжения не полностью вытянутых цепей будут зависеть от скорости, с которой происходят конформационные переходы, снимающие напряжение. Детальное рассмотрение данного явления потребовало бы изучения формы и взаимодействия цепных молекул, основ термодинамики необратимых процессов [15] и анализа потенциала вторичных, или вандерваальсовых, связей между сегментами [16]. Это привело бы к рассмотрению неупругого деформирования полимеров, которое не является предметом данной книги. Тем не менее все же представляет интерес некоторая информация относительно скорости переходов между различными кинк-изомерами, сопровождающихся релаксацией напряжения в системе. Так как любые переходы, приводящие к движению только одного кинк-изомера, обычно не вызывают удлинения цепи вдоль ее оси, то приходится учитывать по крайней мере одновременную активацию н аннигиляцию двух кинк-изомеров. Подобный процесс состоит из поворота четырех гош-связей и передачи поворота сегмента между кинк-изомерами можно оценить энергию связи, необходимую для преодоления потенциального барьера, которая должна составлять 33,5 кДж/моль для поворота гош-связи [7] и (2,1—5) кДж/моль для вращения СНг-группы [17, 18]. Следовательно, чтобы преобразовать весь кинк-изомер tgtgttgtgt в транс-конформацию, необходима энергия активации 46—63,6 кДж/моль. Можно предположить, что подобные преобразования напряженных цепей ПЭ к состоянию, свободному от напряжений, действительно происходят при скорости деформирования по крайней мере 1 с при температуре ниже точки плавления, т. е. при 400 К. Теперь мол<но рассчитать скорость данного процесса при 300 К с помощью выражения (3.22), которая оказывается равной 0,0018 с . При деформировании цепи энергия активации вращения сегмента только убывает, а скорость переходов, сопровождающихся ослаблением напряжения, возрастает [19]. С учетом подобного [c.130]

Исследование различных поворотных изомеров одного соединения в разных кристаллических формах (полиморфах) также является эффективным средством для изучения природы межмолекулярных взаимодействий. Это явление названо конформационным полиморфизмом. Разница в энергиях полиморфов органических кристаллов подобна разнице в свободных энергиях поворотных изомеров многих свободных молекул и составляет несколько ккал/моль. В тех случаях, когда в различных полиморфах молекулы приобретают разные конформации, изменение в поворотной изомерии приписывается влиянию кристаллического поля, поскольку в полиморфных системах единственная переменная величина-разница в межмолекулярных силах. Бернштейн и сотр. [49, 77] широко исследовали конформационный полиморфизм многих органических соединений с помощью различных методов наряду с рентгеноструктурным анализом. Среди исследуемых молекул были N-( 1 -хлорбензилиден)-йа/)а-хлоранилин [c.478]

Имеется еще одно возражение против гипотезы о расплавленной глобуле, использующейся вместе с аппаратом равновесной термодинамики и формальной кинетики для объяснения экспериментальных фактов. Конкретной теоретической основой интерпретации данных о денатурации служит термодинамическая теория двух состояний Брандтса [12, 13]. Как уже отмечалось, белковая молекула в растворе, согласно этой теории, может быть представлена большим количеством микросостояний. Все они входят в состав либо распределения N (нативное макросостояние белка), либо О (денатурированное макросостояние). Теория Брандтса сделала возможным относительно простой термодинамический анализ конформа-ционного перехода N — О в предположении, что реализующиеся микросостояния не являются чем-то вновь созданным, а присутствуют в распределении N и О. Это означает, что в теории постулируется отнюдь не очевидное положение об отсутствии новых промежуточных конформационных состояний в области перехода N - О. Следовательно, главный критерий справедливости теории двух состояний Брандтса состоит в требовании отсутствия максимумов, минимумов и потенциальных ям в наблюдаемых изменениях энтальпии и энтропии при переходе от О к N (и наоборот). Иными словами, если образование трехмерной структуры белка происходит, как того требует теория двух состояний, путем постоянного усложнения и приближения к нативному состоянию, то изменения энтальпии, энтропии и свободной энергии по ходу ренатурации должны быть монотонными. Отсутствие экстремумов означает отсутствие между нативной структурой и статистическим клубком метастабильных промежуточных состояний. Механизм сборки белка проходит в этом случае в одну стадию. А теперь обратимся вновь к обсуждаемой гипотезе о расплавленной глобуле в которой постулируется образование на пути к нативной структуре близкое к ней промежуточное состояние. При существовании достаточно устойчивых обнаруживаемых экспериментально интермедиатов зависимости изменений энтальпии, энтропии и свободной [c.85]

Проведенный конформационный анализ аланинового монопептида позволил оценить термодинамические функции различных форм и определить положение конформационного равновесия в различных растворителях. Энтропия определялась по формуле S=U +kT nZ, где U - средняя внутренняя энергия Z - статистическая сумма вероятностей состояния. Величина Z является функцией разбиения конформационного пространства, поэтому рассчитанные величины S имеют относительный смысл. В нашем случае вариации углов ф и у составили 20°. Значения энтропии мало чувствительны к учету электростатики. Так, энтропия R-, В- и L-форм молекулы при е = 4 составляет 8,0, при = 10 - 8,1 и при е = оо - 8,4 кал/моль град. Это закономерно, так как энтропия определяется прежде всего всей площадью низкой энергии на конформационной карте. Ориентировочная оценка энтропии свернутых форм М и Н составляет 1,5-2,0 кал/моль град. Следовательно, AS =5р в - Sea = =-6-1 кал/моль град. В табл. 11.10 приведены значения / бщ самых выгодных оптимальных конформаций. Разница между усредненными значениями i/общ несколько больп1е - приблизительно на 0,2-0,3 ккал/моль-Таким образом, согласно теоретической оценке, разность внутренней энергии Д(У между энергиями лучшей свернутой формы Н и лучшей развернутой формы В в ССЦ составляет 2,7-2,9 ккал/моль. Эксперимент дает 3,0 ккал/моль [87]. Разность свободной энергии свернутых и развер- [c.162]

Боковые цепи. Результаты предшествующего рассмотрения в определенной степени предопределяют и ответ на вопрос о соответствии конформационных состояний боковых цепей аминокислотных остатков в белках и свободных молекулах метиламидов N-ацетил-а-аминокислот. В самом деле, трудно представить наличие полного соответствия у основных цепей и отсутствие такового у боковых цепей. Тем не менее анализ конформационных состояний последних с точки зрения ближних взаимодействий не лишен целесообразности. Для удобства рассмотрения боковые цепи аминокислот можно разделить на гидрофобные (неполярные) и гидрофильные (полярные). Конформации гидрофобных боковых цепей определяются прежде всего ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями, которые могут иметь как стабилизирующий, так и дестабилизирующий характер, В первом случае они называются дисперсионными, или лондоновскими, взаимодействиями. У монопептидов из-за небольшого числа атомов в молекулах энергия дисперсионных взаимодействий невелика, и поэтому их конформационные состояния определяются в основном мощными силами отталкивания. У полярных боковых цепей значительную роль могут играть также (но не исключительно ) электростатические взаимодействия и водородные связи. Среди боковых цепей гидрофобных остатков можно выделить цепи, имеющие разветвление при атоме СР (Val, Не) и не имеющие такого разветвления. К последним относится группа аминокислотных остатков Phe, Туг, Тгр, His с ароматическими боковыми цепями. Изложенные в предшествующем разделе результаты теоретического конформационного анализа метиламида N-aцeтил- -фeнилaлaнинa (см. табл. 11,14) свидетельствуют о том, что в этой молекуле пространственные формы основной и боковой цепей взаимосвязаны каждой форме основной цепи соответствуют определенные энергетически выгодные положения заместителя, На рис, 11.26 представлена конформационная карта ср-у фенил аланинового монопептида, разделенная пунктирными линиями на области, [c.186]

На первом этапе конформационного анализа пептида при выяснении энергетических соотношений между оптимальными структурами разных типов пептидного скелета достаточно рассмотреть все возможные структурные варианты только с R- и В-формами остатков. Варианты с L-формами остатков следует анализировать только у тех шейпов, которые обладают наиболее низкоэнергетическими структурами с R- и В-формами остатков. Если у свободного фрагмента все принадлежащие одному шейпу конформации с R- и В-формами остатков имеют высокую относительную энергию, то варианты с L-формами остатков того же шейпа будут еще более высокоэнергетичными. [c.230]

Метод деформации с одновременной минимизацией энергии, как и цюбой из существующих методов конформационного анализа пептидов и 1елков, не в состоянии количественно оценить всевозможные структурные варианты сложного объекта, составленные из предпочтительных по энергии форм свободных аминокислотных остатков. Более того, и это также вляется принципиальным недостатком, метод не обеспечивает объектив- П>1Й контроль получаемых результатов и не гарантирует от пропуска мрспективных для последующего расчета конформаций. Его существен- е ограничение состоит в быстром увеличении компьютерного времени с усложнением системы так необходимое для каждой локальной оптимизации время увеличивается по меньшей мере квадратично росту пере- ренных одновременно возрастает число шагов и число итераций каждого нага [136]. [c.243]

Таким образом, согласно бифуркационной теории, ни один из этапов механизма спонтанного свертывания белка, включая окончательное построение его биологически активной трехмерной структуры, не содержит селекции практически бесконечного множества мыслимых конформационных состояний аминокислотной последовательности. Следовательно, если описанный механизм адекватен реальному процессу, т.е. если бифуркационная теория верна, то разработанный на ее основе метод расчета вообще не встречается с проблемой поиска глобального минимума энергии на многомерной потенциальной поверхности. Содержание конформационного анализа в этом случае распадается на две также непростые задачи. Одна из них заключается в оптимизации составляющих белковую цепь олигопептидных участков в их свободном состоянии при вариации всех возможных комбинаций знамений двугранных углов вращения каждого отдельного фрагмента. Цель решения этой задачи состоит в идентификации конформационно жестких и лабильных участков аминокислотной поверхности. Вторая задача включает анализ невалентных взаимодействий тех и других и многоступенчатую минимизацию энергии с постепенным увеличением длины цепи и раскрепощением конформационных параметров жестких участков. В конечном счете будет получена количественная оценка конформационных возможностей всей белковой молекулы и выявлена ее глобальная нативная трехмерная структура. Этот вывод справедлив, однако, лишь в принципе, а реально ни та, ни другая задача не поддаются решению без введения дополнительных положений о структурной организации нативной конформации белка. Предоставленная бифуркационной теорией возможность перехода от расчета целой белковой цепи к расчету отдельных фрагментов и далее анализу комбинаций их пространственных форм в огромной степени упростила проблему, но не сделала ее практически разрешимой. Причина та же - множественность локальных минимумов энергии на потенциальной поверхности, правда, теперь уже не всей белковой цепи, а ее конформационно жестких и лабильных участков, которые могут состоять из 10-12 аминокислотных остатков. Как известно, независимому и строгому анализу поддаются [c.248]

Результаты теоретического конформационного анализа указывают на возможность реализации у молекулы апамина ряда структур Они различаются между собой конформационными состояниями С-концевого фрагмента ys -His -NH2, которые отвечают некоторым из наиболее низкоэнергетических конформаций свободного тетрапептида Во всех случаях структура бициклической части апамина ys - ys - ys"- ys совпадает (за исключением боковой цепи Arg ) с глобальной конформацией свободного пентадекапептида Образование в единой структуре молекулы целого ряда контактов между фрагментами ys - ys - ys и ys -His -NH2, энергия которых у четырех лучших конформаций равна соответственно -12,0, -8,0, -9,0, -11,0 ккал/моль, не сопровождается их дестабилизацией Величины суммарной энергии внутри- и межостаточных взаимодействий у конформаций свободного фрагмента ys -His -NH2 и у соответствующих состояний в предпочтительных конформациях всей молекулы практически совпадают Это свидетельствует о том, что в Найденных структурах апамина имеет место согласованность между всеми видами взаимодействий [c.301]

Исходными в анализе инсектотоксина служили наборы оптимальных конформаций свободных монопептидов, полученных из расчета соответствующих метиламидов N-ацетил-а-аминокислот. На их основе были рассчитаны конформационные состояния перекрывающихся дипептидных фрагментов. Низкоэнергетические варианты всех возможных форм основ-Иой цепи и шейпов дипептидов использованы в расчете более сложных участков молекулы. Ниже мы остановимся на некоторых узловых моментах конформационного анализа инсектотоксина. Завершающая стадия расчета октапептида Met -Thr заключалась в рассмотрении 130 исходных приближений 18 различных форм основной цепи. Минимизация выявила резкую дифференциацию конформаций по энергии в широкий энергетический интервал i/общ = С Ю ккал/моль попали лишь восемь родственных структурных вариантов. Во всех случаях боковые цепи остатков ys и ys находятся далеко друг от друга и принудительное сближение атомов Сопровождается значительным повышением энергии. [c.317]

Перед тем, как ответить на поставленные вопросы и оценить в какой мере оправдан оптимизм Ли и Шераги в отношении перспективности предложенного ими метода, обратимся к результатам конформационного анализа МеС-энкефалина. Как полагают авторы, общее количество локальных минимумов на потенциальной поверхности пентапептида и, следовательно, число потенциально равновероятных структурных вариантов молекулы, составленных только из низкоэнергетических конформационных состояний свободных аминокислотных остатков, равно 10 Из них было проанализировано 17-10" структурных вариантов, т.е. 0,0002% от общего количества, на что затрачено -100 ч машинного времени, т.е. -4 суток. Непрерывный расчет всех минимумов занял бы -210 суток или -5,5 10 лет. Из столь простых выкладок, основанных на приведенных в работе данных, нельзя не прийти к следующим заключениям. Во-первых, трудно признать оправданным отнесение к глобальной одной из конформаций, полученной при рассмотрении крайне малой части исходных приближений (0,0002%) и фактическом игонорировании результатов 5 из 17 проведенных серий итераций с изменением при каждой итерации только одной переменной. Таким образом, исследование пространственного строения МеС-энкефалина не выявило энергетически самой выгодной структуры молекулы и не привело к достижению поставленной авторами конкретной цели. В этом, однако, нет большой беды. Знание у лабильного пентапептида лишь единственной структуры, пусть даже обладающей наименьшей энергией, вряд ли может представить значительньп интерес. Несравненно большую ценность как в чисто научном, так и прикладном отношении имела бы количественная информация о всем наборе низкоэнергетических конформаций гормона. Во-вторых, метод Монте Карло-минимизации не может быть использован в конформационном анализе даже коротких олигопептидов, по крайней мере, по двум причинам из-за множества исходных для минимизации приближений (у Мес-энкефалина их Ю") и неудовлетворительности самой процедуры оптимизации (вариация одной переменной при фиксированных значениях остальных). [c.350]

Более прецизионный конформационный анализ энкефалина осуществлен С.Г. Галактионовым и соавт. [48]. Начальные значения углов внутреннего вращения ф, у основной цепи были взяты из расчета соответствующих монопептидов. Предварительная оценка подвижности основной цепи проводилась путем анализа модельного тетрапептида Ala-GIy-Gly-Ala положения боковых цепей Туг и Phe находились из расчета трипептидных фрагментов Tyr -Gly , Gly -Phe и Gly--Met . После минимизации энергии по всем двугранным углам ф, у и х получено около 20 структурных вариантов с величинами С/общ < 7,0 ккал/моль. Было показано, что глобальная конформация В111НВВ21В322 имеет основную цепь шейпа jfee с поворотом на участке Gly -Gly и сближенными N- и С-концевыми остатками. Многие низкоэнергетические конформационные состояния обладали формой пептидной цепи свернутого типа с эффективно взаимодействующими ионогенными группами Туг и Met . Ф. Момани [182] в расчете Ме1-энкефалина отмечает высокую чувствительность конформационной энергии к величинам зарядов концевых групп. Однако полученные им результаты не согласуются с данными других авторов. Так, лучшая из рассчитанных Момани для свободной молекулы гормона структура не входила в наборы предпочтительных конформаций, найденных Де-Коэном и соавт. [167, 180] и Галактионовым и соавт. [48]. Структура с B-H-R-B-B-формой основной цепи, предложенная Шерагой и соавт. [181], попадала в число низкоэнергетических конформационных вариантов, полученных другими авторами, проигрывая глобальным конформациям 1,0 ккал/моль [167, 180] и 5,8 ккал/моль [48]. [c.393]

С точки зрения энтальпии (АН°) более устойчивой (приблизительно на 700—800 кал моль) должна быть трансоидная конформация. Однако энтропийные показатели A.S°T) более благоприятны для скошенных конформаций. Так, в бутане скошенная форма существует в виде двух конформаций (ф1 и ф ), являющихся зеркальными изомерами (конформационными энантиомерами). Следовательно, исходя из общих положений конформационного анализа, энтропия смешения этих конформеров должна быть больше энтропии трансоидной конформации на величину 1,4 э. е. или на 400 кал моль для 300° К. Отсюда разница в конформационной свободной энергии трансоидной и скошенной конформаций н.бутана составляет всего 300—400 кал моль . (По предложению Илиела, избыток свободной энергии данной конформации по отношению к конформации, обладающей минимальной свободной энергией, в да.льнейшем определяется как конформационная свободная энергия .) Таким образом, уже при комнатной температуре около трети всех молекул н. бутана будет находиться в скошенных конформациях. [c.11]

Циклогексан по сравнению с другими моноциклическими углеводородными соединениями имеет две важные для конформационного анализа особенности. Во-нервых, в циклогексановом кольце все торсионные углы одинаковы . В результате эквивалентности торсионных углов в циклогексане возможны только два расположения заместителя относительно кольца аксиальное или экваториальное. Вторая, не менее важная особенность цикло-гексанового кольца заключается в том, что обе ориентации заместителя соответствуют минимумам конформационной энергии соединения. Эти свойства существенно упрощают конформационный анализ соединений циклогексанового ряда. В нешестичленных циклических системах атомы кольца в общем случае не эквивалентны, и вместо двух положений, которые могут занимать заместители, имеется набор возможных ориентаций. Дальнейшее усложнение вносится тем обстоятельством, что для конформаций кольца, отвечающих минимуму энергии, заместитель, как правило, не будет иметь наиболее выгодную, свободную от взаимодействий закрепленную ориентацию. Стремление системы уменьшить эти взаимодействия при одновременном сохранении наиболее выгодной конформации циклического остова может привести к разнообразным искажениям. [c.235]

Конформация макромолекулы в поверхностном слое полимера может изменяться и в результате преимущественной адсорбции на границе фаз отдельных ее звеньев. Измерения смачиваемости позволяют проследить, как эти конформационные изменения связаны с термодинамическими характеристиками поверхности раздела. Так, Пеннингс [42], изучая смачиваемость образцов сополимеров винилхлорида и винилацетата, полученных прессованием из расплава между пластинками из различных материалов, показал, что Сз сополимера является функцией межфазной свободной энергии (а1г) на границе расплав — подложка. При использовании золотых подложек, когда СТ12 максимально, происходит преимущественная адсорбция на поверхности раздела винилацетатных звеньев, снижающая 012, но одновременно приводящая к росту сгз сополимера, измеряемого после удаления металла. Если в качестве подложки применяется ПТФЭ, то ап мало, адсорбция не имеет места, и значение аз сополимера оказывается примерно на 15% меньше, чем в первом случае. Параллельный анализ химического состава поверхности образцов методом ЭСХА подтвердил, что высокое значение аз сополимера, контактировавшего с золотом, действительно обусловлено изменением конформации макромолекул в граничном слое, приводящим к заметному обогащению его винилацетатными звеньями. [c.223]

Анализ траекторий с помощью карт свободной конформащюнной энергии молекул. В дополнение к анализу траекторий с помош ью корреляционных функций покажем также результаты изучения карт свободной конформационной энергии макромолекул (К. В. Шайтан). По виду этих карт можно судить о связи энергетических характеристик молекулы с подвижностью отдельных ее групп. Карты свободной энергии строятся следуюш им образом. Рассчитываются методом молекулярной динамики поверхности распределения вероятности реализации различных конформаций энергии и их сечения. В логарифмическом масштабе эти проекции являются фактически картами свободной энергии молекулы, выраженной в единицах кТ. Па рис. XI. 13-16 приведены карты уровней свободной энергии дипептидов для пар переменных, соответствуюш их рис. Х1.9-12. Видно, что для коррелируюш их степеней свободы наблюдается, как правило, протяженные узкие участки, вдоль которых происходит коллективная перестройка конформации дипептида. [c.317]