Новости химической науки > Новое взаимодействие стабилизирует белки

У водородной связи появилась компания. Исследователи обнаружили, что в образовании биологически активных нативных третичных структур белка принимает участие еще одно нековалентное межмолекулярное взаимодействие, которое теперь следует учитывать при составлении новых алгоритмов компьютерного моделирования белков.

Межмолекулярное взаимодействие n→π* происходит при перекрывании неподеленной пары электронов карбонильного кислорода одной аминокислоты с π-разрыхляющей орбиталью карбонильной группы соседней аминокислоты. (C – черный, O – красный, N – синий, H – белый). (Рисунок из Nature Chemical Biology; DOI: 10.1038/nchembio.406)

Рональд Рэйнс (Ronald T. Raines) из Университета Висконсина изучает n→π* взаимодействие в разнообразных системах в течение десятков лет. В сотрудничестве с Дереком Вульфсоном (Derek N. Woolfson) после тщательного анализа баз данных по строению белков было обнаружено, что взаимодействие n→π* характерно практически для каждой молекулы белка. В белках межмолекулярное взаимодействие n→π* происходит при перекрывании неподеленной пары электронов карбонильного кислорода одной аминокислоты с π-разрыхляющей орбиталью карбонильной группы соседней аминокислоты.

Рейнс отмечает, что поскольку в этом взаимодействии участвуют фрагменты главной цепи пептида, оно практически не зависит от боковых групп образующих белок аминокислотных остатков, и в n→π*-взаимодействии может участвовать любая аминокислота, хотя геометрические параметры позволяют говорить о том, что наиболее благоприятно n→π* взаимодействие будет реализовываться для пролина.

Рейнс подчеркивает, что наибольший интерес может вызывать то обстоятельство, что это «близкодействующее» межмолекулярное взаимодействие. Геометрические параметры α-вторичной структуры, например, таковы, что водородная связь возникает между первым и пятым аминокислотным остатком пептидной цепи, в то время, как n→π*-взаимодействие связывает соседние аминокислотные остатки. Взаимодействие n→π* слабее водородной связи, однако Рейнс и Вульфсон продемонстрировали реализацию этого взаимодействия в любой упорядоченной вторичной структуре белка, и даже – в неупорядоченных белковых доменах.

Рейнс полагает, что причина столь долгого игнорирования n→π*-взаимодействия заключалась в устоявшихся уже длительное время представлениях о вторичной и третичной структуре белков, подчеркивая, что рассмотрение вторичной структуры без применения методов квантовой механики не позволяет сформулировать электронную природу n→π*-взаимодействия.

Уильям ДеГрадо (William F. DeGrado) из Университета Пенсильвании говорит, что практическая составляющая работы заключается в том, что, возможно, некоторые геометрические свойства белковых молекул недостаточно хорошо предсказываются с помощью существующих в настоящее время стандартных алгоритмах для учета силовых полей в молекулярной механике, и возникает необходимость изменения существующих квантово-химических подходов по исследованию свойств белка.

Невилл Калленбах, профессор Университета Нью-Йорка отмечает, что работа заслуживает уважения за представленные доказательства широкой распространенности n→π*-взаимодействия в структуре белка – исследователи предприняли рискованную попытку, однако все попытки заставить людей что-то изменить в уже ставших традиционными взглядах, таковы – не все специалисты по структуре белков еще уверены, что n→π*-взаимодействия могут быть достаточным объяснением обнаруженных Рейнсом и Вульфсоном особенностей геометрического строения белка.

Источник: Nature Chemical Biology; DOI: 10.1038/nchembio.406

метки статьи: #биохимия, #квантовая химия, #молекулярная биология, #химия полимеров