Содержание к диссертации
Введение 6
Глава I. Строение линейных и циклических олигопептидов
в кристаллах 14
I.I Введение 14
1.2. Классификация пептидов 17
-
Номенклатура конформационного состояния пептидов 21
-
Строение линейных пептидов 25
-
Конформация основной цепи 29
-
Строение концевых групп незащищенных пептидов 45
1.5 Циклические пептиды 50
-
Циклические дипептиды и дидепсипептиды . . 50
-
Циклические трипептиды 64
-
Циклические тетрапептиды 68
-
Циклические пентапептиды 72
-
Циклические гексапептиды 76
-
Циклические гептапептиды 82
-
Циклические октапептиды 82
-
Циклодека- и ундекапептиды 84
-
Циклододекапептиды 88
-
Внутримолекулярные водородные связи в пептидах 92
-
Строение пептидной группы 97
-
Боковые цепи 103
-
Строение комплексов пептидов с металлами. Упаковка молекул 106
Глава 2. Строение циклических дипептидов и дидепсипептидов 109
2.1 Введение 109
2.2. Строение циклического дидепсипептида J) -метил-валил- J] - ьС -оксиизовалерила, цикло
[~])-MeVa-J)-HfL~] НО
2.3. Строение циклического дидепсипептида L -валил-
L - at - оксиизовалерила, цикло -
L-HfL-l пэ
-
Строение циклического дипептида L -валилсарко-зила, WBXbl-L-Vai-Sar-] 130
-
Строение цис-амидной и цис-сложноэфирной групп в валил-содержащих циклических дипептидах и дипепсипептидах 137
-
Сравнительная характеристика конформаций шестичленних валил-содержащих циклов 142
Глава 3. Строение циклических стереоизомерных тетрадеп-
сипептидов цикло [~(Ме\/аС-Иш,)г'1 14^
-
Введение «. 145
-
Строение ШВІ - стереоизомера теградепси-пептида цикло [- (Me Va- Н\м- )z~l I47
-
Строение DLL]] - стереоизомера тетрадепси-пептида щхло[-(М\/яі-Ні^с)2-] 150
-
Строение "тетраэнниатина" - LJJLU - стерео-изомера тетрадепсипептида щкло[-(Ме№-Нш-)г-] -^
-
Строение Ы)'Ш - стереоизомера тетрадепсипептида цикло
-
Строение LLBU - стереоизомера тетрадепсипептида цикло [-(MeVctt-Hyi)z-] 175
-
О строении ВВВВ и LLLL - стереоизомеров тетрадепсипептида щхл.о[-(Ме\/а-Нш,)2і-] І?9
-
Сравнение конформаций молекул ряда стереоизоме-
ров тетрадепсипептида щкло [-(Me \/а -^)^-] 185
3.9. Геометрические характеристики N -метилашдной
и сложноэфирной групп в тетрациклах 189
- 4 -
Глава 4, Строение циклических гексадепсипептидов 194
-
Введение .,.......134
-
Строение циклического гексадепсипептида цикло
-ионофорного антибиотика
энниатина В 198
-
Строение Net, t\H - комплекса энниатина В -W&ioL-iL-MeVae-D-Huih~] ЫШ (N03)3 S,SCH3OH-3HZ0 209
-
Строение циклического гексадепсипептида вдкло l-L-MeVae-B-Hift-L-MeVaf-L-H^-~Mem-L-Htfi-];
LDLLJJL -аналога энниатина В 218
4.5. Строение Re*- комплекса LULLUL -аналога
энниатина В - цикло [-L-MeVa'-Л-Мул- L-MeVaI-
L-Hyi'-J[)-MeVa-L-HtfL-]'R6NC$ 228
4.6. Сравнение конформационных состояний остатков
А/-метилвалина ( N-Me\fcd ) и d -окси-
изовалериановой кислоты ( HyL ) в изученных
гексадепсипептидных циклах 239
4.7. Строение Д/ -метиламидной и оложноэфирной групп
в изученных гексадепсипептидных циклах 243
Глава 5, Строение циклических депсипептидов с большими
размерами циклов 251
-
Введение 251
-
Строение окта-мезо- Hui - валиномицина
цикло [-(Л-Ш-L -Hyt- L-Va -М-Н^к~ї 2Є>2
-
Строение [М^Йбг2, ] октавалиномицина mmo[-(J)-Va-L-Meflfa-L-Va{-J)-Hifi)2-] 272
-
Строение [МгД-би2] валиномицина цикло [-В - \la 1-L -Медіа -L-Уа t-JJ-Hyi -(B-Vai-L'Lac-L-Veil-JJ-Hifi);]. 280
-
Сравнение конформаций структурно изученных соединений октавалиномипинового и валиномицинового радов. 0 механизме взаимодействия молекулы валиномицина с ионом металла 289
5.6. Строение /У-метилашдной и сложноэфдрной групп
в больших циклах; "стандартные" группы 300
Глава 6. Строение и активность антибиотиков энниатинового
ряда. Структурные аспекты трансмембранного пере
носа ионов металлов этшли антибиотиками 304
-
Бведение 304
-
Связь структуры и активности антибиотиков энниатинового ряда и их аналогов 305
-
Строение мембран и механизмы трансмембранного переноса ионов металлов 313
-
Структурные аспекты трансмембранного переноса ионов металлов антибиотиками энниатинового
ряда 318
Глава 7. Определение кристаллических структур 326
7.1. Характеристика кристаллов. Получение и обработка
экспериментальных данных 326
7Л. Расшифровка кристаллических структур 328
7.3. Уточнение кристаллических структур 351
Основные результаты работы 424
Заключение 427
Список литературы 430
- б -
Введение к работе
Циклические пептиды и депеипептиды представляют собой обширный класс как природных, так и синтетических биоорганических соединений, многие из которых обладают высокой биологической активностью. К этому классу соединений относятся также антибиотики энниатинового и валиномицинового рядов, которые по своей химической природе являются циклическими гекса- и додекадепсипептидами. Физиологическая функция этих антибиотиков, называемых ионофорными, состоит в индуцировании транспорта ионов щелочных и щелочноземельных металлов через биологические мембраны, приводящем к изменению равновесной внутриклеточной концентрации этих ионов и к гибели бактериальной клетки,
Энниатиновые и валиномициновые антибиотики находят широкое применение в качестве инструментов для исследования биологических и искусственных мембран, их строения и свойств, механизма трансмембранного переноса ионов металлов. С изучением же структуры и функции биологических мембран связаны в настоящее время многие важнейшие направления биологии, химии, физики. И это естественно, потому что мембранные системы ответственны за такие важнейшие биологические процессы, как, например, дыхание и биосинтез. Не будет преувеличением сказать, что прогресс, достигнутый за последние годы в изучении мембранных явлений, в значительной степени обусловлен широким использованием антибиотиков-ионофоров.
Одной из основных целей исследования строения и свойств макроциклических комплексонов, в число которых входят валиномициновые и энниатиновые антибиотики,является создание основ для синтеза широкого спектра веществ, необходимых медикам и биологам для направленного и избирательного увеличения ионной проницаемости биологических мембран. В то же время изучение конформационно-зависимого связывания ионов макроциклическими комплексонами создает предпосылки для выяснения строения ка-тион-связывающих центров в таких биологических системах, как, например, Кt Neb- зависимая АТФ-фаза.
Если до последнего времени макроциклические комплексоны использовались преимущественно в биологических исследованиях, то теперь все более и более ясными становятся перспективы их применения в других областях: в аналитической и неорганической химии - для разделения ионов металлов и солюбилизации труднорастворимых солей, в органической химии - для воздействия на направление, скорость и стереоспецифичность нуклеофильных реакций, в технике - для создания высокоселективных катион-чувствительных датчиков и различных ионообменных материалов.
В течение ряда лет в Институте биоорганической химии АН СССР большой группой ученых во главе с М.М.Шемякиным, Ю.А.Овчинниковым, В.Т.Ивановым, В.Ф.Быстровым проводились исследования строения антибиотиков валиномицинового и энниатинового рядов в растворах с помощью различных физико-химических и расчетных методов. В ходе этих исследований было установлено, что мембранная активность указанных антибиотиков связана с их ком-плексообразующей способностью. При этом ионная селективность комплексообразования зависит не только от числа и природы ли-гандных групп, но в значительной степени определяется конформ-ационными характеристиками молекулы в целом. Для большого числа соединений - нативных антибиотиков и различных их аналогов, было установлено строение в растворах как свободных молекул, так и комплексов с металлами. Полученные результаты легли в _ 8 - основу развитых учеными представлений о транспорте ионов через мембрану с помощью молекул-переносчиков.
В настоящей работе тот же класс соединений изучен в кристаллах с помощью метода рентгеноструктурного анализа, который характеризуется высокой степенью информативности, однозначностью и точностью результатов. Следует отметить, что этот метод имеет дело с кристаллическим веществом, а все биологические процессы протекают в растворах. Однако наши исследования, как и исследования других авторов показывают,что конформация, найденная в кристалле, близка к одной из энергетически возможных конформаций или конформаций, существующих в растворах. Если же молекула достаточно жесткая,то эти конформаций просто совпадают.
Структурные исследования проводились, главным образом, с целью выяснения механизма действия ионофорных антибиотиков, в особенности антибиотиков энниатинового ряда, на атомно-моле-кулярном уровне. Для всестороннего изучения конформационных особенностей молекул антибиотиков, ответственных за биоактив-ность, исследовались как сами антибиотики, так и различные их аналоги - стереоизомерные, с измененным в большей или меньшей степени набором конфигурация (L или Э ) атомов С ; полимерго-мологи, т.е. аналоги с измененным на целое число остатков размером цикла; аналоги с заменой одних боковых радикалов на другие или отдельных (окси)аминокислотных остатков на другие . ок-си)аминокислотные остатки. Изучение аналогов позволяет выявить конформационные возможности остатков амино- и оксикислот, пептидной и сложноэфирной групп.
Ставилась также задача определения точных значений конформационных параметров молекул и отдельных остатков; эти зна- чения могут быть использованы в качестве опорных при исследовании пептидных и депсипептидных систем в растворах и при теоретических расчетах таких систем.
Важным представлялось сравнение конформаций молекул в кристаллах и растворах для получения новых доказательств возможности использования кристалло-структурных данных для описания строения биомолекул в растворах, где эти молекулы живут и работают.
Наряду с исследованием молекул в свободном состоянии, проводилось определение строения комплексов этих молекул с ионами металлов. Это давало возможность проследить конформа-ционные изменения молекул при связывании катионов, зафиксировать активные в смысле связывания катионов позиции, определить стереохимические характеристики металл-лигандного комплекса.
Все перечисленные выше задачи решались на примере боль шого ряда соединений с различным размером цикла - от 6 до 36- членного. В их число входят, прежде всего, ионофорный антиби отик энниатин В, цикло и его LBLLUL- сте- реоизомерный аналог с измененной последовательностью конфигу раций трех последних остатков; NctMt- комплекс энниатина В и М -комплекс LBL LUL -аналога; ионофорный антибиотик вали- номицин, щшо[-(])--УсїЕ-і-іаС-і-Усіі-ІІ-Піи)3~\ с заменой то лько одного остатка молочной кислоты (Lctc) на остаток метил- аланина (Mefl&i) или, иными словами, одного атома кислорода в основной цепи молекулы на метилированный атом азота; ана логи октавалиномицина, цикл о [-(]]- У(УІ-і,~іас-Ь-\Іа-І) -Ну*)г~ ], с заменой остатков L-L/XC на остатки L-Нш. (мезо-Н(Л-ana.-лога), либо тех же остатков L-Lctc на остатки -аналог). Исследовались также тетраэнниатин, цикло - ю - -Tj-Нія)^-] и РЯД его стереоизомерных аналогов; дипептид цикло \~L- - Sar-] и дидепсипептиды цикло [-І - Маї- і - Нш -] и Tyiiaiol-Jl-tfeVaf-JJ-Ht/i-] , причем два последних соединения явились первыми структурноизученными циклодидепсипепти-дами. Диссертация состоит из семи глав. В первой главе обобщен материал по строению как линейных, так и циклических пептидов и депсипептидов в кристаллах; рассмотрены принципы классификации пептидов и номенклатура, принятая при их описании. Для линейных пептидов проанализированы конформационные состояния основной цепи, а также строение концевых групп.
При анализе структур.циклических пептидов и депсипептидов особое внимание уделялось принципам свертывания пептидной (депсипептидной) цепи при замыкании цикла, а также рассмотрению соотношения структура - свойство (биологическая активность). Отдельно рассмотрены строение пептидной группы (и получены точные ее геометрические параметры), боковых радикалов, охарактеризованы и классифицированы внутримолекулярные водородные связи, реализующиеся как в линейных, так и в циклических пептидах.
