Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Теоретический конформационный анализ олиго-пептидов 10
1.1. Вычисление потенциальной энергии 10
1.2. Конформационные состояния монопептидов 16
1.3. Методика расчета пространственного строения пептидов 19
1.4. Пространственная организация природных олиго-пептидов' 26
1.5. Сопоставление результатов теоретических работ с экспериментальными данными 30
Глава 2. Методика расчета пространственных структур молекул тертиапина и МРР-пептида. 33
2.1. Тактика выбора фрагментов пептидной цепи 33
2.2. Изучение тетрапептидных участков 36
2.3. Классификация структур основной цепи 38
2.4. Вычисление потенциальной энергии 45
2.5. Выбор оптимального метода минимизации энергии 48
2.6. Построение конформационных карт 50
2.7. Новый комплекс вычислительных программ для теоретического конформационного анализа 55
2.8. Изучение подвижности боковых цепей на промежуточных этапах расчета .61
Глава 3. Конформационный анализ молекулы тертиапина. 63
3.1. Формирование нуклеаций на участках Cys^-ile^ и Ile^-Cys14 .63
3.2. Взаимодействие нуклеаций и образование цикличес-Ъ 14
кой структуры с дисульфидной связью Cys^-Cys 81
3.3. Укладка лабильных участков и формирование второй дисульфидной связи .84
3.4. Трехмерная структура и конформационные возможности молекулы тертиавдна 90
Глава 4. Расчет трехмерной структуры МОР-пептида 102
4.1. Формирование нуклеации на участке Lys11-Cys MCD-пептида 15
102
4.2. Укладка участка Cys^-Cys1^ и образование первой дисульфидной связи MOD -пептида. 106
4.3. Формирование второй дисульфидной связи Cys5-
Cys19 116
4.4. Трехмерная структура и конформационные возможности молекулы MCD-пептида. Сопоставление с литературными данными 118
Глава 5. Сравнительный анализ пространственных структур молекул тертиапина и МОР -пептида 127
5.1. Влияние аминокислотных замен на пространственную организацию молекул тертиапина и MOD -пептида 127
5.2. Энергетика взаимодействий. 154-
5.3. Конформацйонный механизм образования дисульфидных связей и их роль в стабилизации трехмерных структур олигопептидов 137
Выводы 140
литература 141
- Вычисление потенциальной энергии
- Тактика выбора фрагментов пептидной цепи
- Формирование нуклеаций на участках Cys^-ile^ и Ile^-Cys14
- Формирование нуклеации на участке Lys11-Cys MCD-пептида
- Влияние аминокислотных замен на пространственную организацию молекул тертиапина и MOD -пептида
Вычисление потенциальной энергии
В настоящее время становится все более очевидной неизбежность широкого привлечения теоретических методов к исследованию структурно-функциональной организации физиологически активных природных соединений, в частности, пептидов и белков. Первым и наиболее сложным этапом при теоретическом изучении пептидов является расчет их пространственной структуры на основе известной аминокислотной последовательности. Наиболее перспективный подход к предсказанию трехмерного строения олигопептидов и белков, использованный, в частности, и в настоящей работе, основан на представлении о том, что нативная конформация пептидных молекул полностью определяется аминокислотной последовательностью и соответствует глобальному минимуму потенциальной энергии, на последовательном рассмотрении внутри и межостаточных взаимодействий и на положении о согласованности всех видов внутримолекулярных взаимодействий в нативной пространственной структуре f I5-I7_7.
Энергетическая оценка конформаций пептидов в принципе, может осуществляться при помощи квантовохимических методов / 18-20_7, атом-атомных потенциальных функций / 21-80_7, а также псевдоатомных потенциалов, описывающих в попарно-аддитивном приближении взаимодействия целых аминокислотных остатков, которые аппроксимируются одним-двумя центрами / 81 84_7. Однако,минимизация энергии в псевдоатомном приближении приводит к неудовлетворительным результатам, а квантовохимические расчеты требуют слишком больших затрат счетного времени и могут проводиться лишь для ди- и трипептидов, содержащих сравнительно небольшое коли
Тактика выбора фрагментов пептидной цепи
Расчет трехмерного строения таких сложных молекул как тер-тиадин и MOD-пептид требует развития методики конформационно-го анализа. В 2.1 обоснована методика поиска нативной структуры сложных олигопептидов, основанная на идентификации конформационно жестких участков, инициирующих укладку пептидной цепи, и последующем учете их взаимодействия с лабильными участками. Поиск инициирующих участков проводился путем изучения перекрывающихся тетрапеп-тидов ( 2.2), подвижность которых характеризовалась количеством низкоэнергетических структурных типов основной цепи ( 2.3).
В связи со сложностью рельефа энергетических поверхностей пептидов, большое значение имеет выбор алгоритма минимизации кон-формационной энергии ( 2.5). Для изучения подвижности основной цепи вблизи заданного локального минимума потенциальной энергии строились конформационные карты по паре двугранных углов с минимизацией энергии в каждой точке карты по всем остальным переменным рассматриваемого фрагмента молекулы ( 2.6). Для конформацион-ного анализа молекул тертиапина и мсв-пептида, состоящих из нескольких десятков аминокислотных остатков, потребовалась также разработка нового комплекса вычислительных программ, обладающих достаточно высоким быстродействием ( 2.7).
Формирование нуклеаций на участках Cys^-ile^ и Ile^-Cys14
В этой главе изложены результаты расчета пространственной структуры молекулы тертиапина и проанализированы ее конформа-ционные возможности. При расчете моделировался процесс спонтанного сворачивания молекулы. Расчет выполнялся в 4 этапа, схематически представленных на рис. 12. На первом этапе ( 3.1) проводился поиск компактно упакованных структур основной цепи (нуклеаций), инициирующих сворачивание молекулы. На втором этапе ( 3.2) рассматривалось взаимодействие найденных нуклеаций друг с другом на участке Cys -Cys , приводящее к образованию первой дисульфидной связи. На третьем этапе ( 3.3) проводилась укладка первоначально лабильных областей молекулы на поверхнос издались условия образования второй дисульфидной связи.
Формирование нуклеации на участке Lys11-Cys MCD-пептида
В данной главе изложены результаты расчет трехмерной структуры MOD-пептида. Расчет включал 4 этапа, схематически представленных на рисунке 20. На первом этапе ( 4.1), как и для тертиапина, проводился поиск компактно упакованных структур (нуклеаций), образующихся на начальном этапе сворачивания молекулы. На втором этапе ( 4.2) изучалось взаимодействие единственной сформировавшейся нуклеаций iys -Cys с первоначально лабильным участком Oys -Ile10. При этом пептидная цепь постепенно наращивалась по направлению к N-концу вплоть до фрагмента 0ys5-0ys1 , формирующего первую дисульфидную связь молекулы. На третьем этапе ( 4.3) проводилась взаимная укладка участков Arg -Cys и Cys -Cys , приводящая к образованию второй дисульфидной связи. На заключительном этапе ( 4.4) теоретического анализа структуры MCD-пептида изучались конформационные возможности его боковых цепей и лабильного участка молекулы Gly20 -Lys21-Asn22.
Влияние аминокислотных замен на пространственную организацию молекул тертиапина и MOD -пептида
Пространственные структуры тертиапина и MCD -пептида очень близки на гомологичных участках Cys -Cys14 и Asn4-Cys , включающих по два сближенных фрагмента а-спирали, длина и взаимное расположение которых одинаковы у обеих молекул. Здесь у токсинов идентична не только структура основной цепи, но и ориентация большинства боковых цепей: у соответствующих остатков близки значения углов "X (табл. 12,22) . Именно эти эволюцион-но консервативные элементы вторичной структуры инициируют укладку пептидных цепей токсинов.
Основжое отличие пространственных отруктур тертиапина и MCD-пептида заключается в том, что С-концевые участки-Cys1 -Cys и Cys -Cys 9 f имеющие нерегулярное строение, расположены по
При сопоставлении таблиц 12 и 22 следует учитывать, что боковые цепи валина и изолейцина совмещаются в том случае, когда углы X у них равны соответственно 180 и 60 /126/, а при углах Xі= 180 у Met15 (тертиапин) и х = -60 у lie14 ( MOD -пептид) совпадают соответственно их С и С 2 атомы. разные стороны or-спиральной области (рис. 23). Кроме того, у молекулы тертиапина один из а-спиральных участков более протяженный: он включает остатки Ala -Pro 1 , тогда как н-концевой участок iie ,-Asiif MOD -пептида имеет нерегулярное строение. Пространственная структура этих N- и С-концевых участков стабилизируется дальними взаимодействиями на заключительном этапе укладки молекул.
Проведенное исследование позволяет сопоставить не только структуру, но и подвижность различных областей молекул. Конфор-мационная подвижность основной и боковых цепей на гомологичных участках у молекул тертиапина и MCD-пептида, как оказалось, имеет сходный характер даже в тех случаях, когда эти участки отличаются по структуре и взаимному расположению (табл. 26). В то же время, заряженные боковые цепи остатков лизина.и аргинина у MCD-пептида более подвижны, чем у тертиапина.
