я среднего участка возникает активная двухце-почечная молекула инсулина. Именно по причине пространственной предопределенности этой структуры за счет среднего участка проинсулина спонтанная ренатурация инсулина невозможна. Иными словами, удаление части пептидной цепи равнозначно потере молекулярной информации для оставшихся частей инсулина.

В последнее время интенсивно проводятся исследования посттрансляционной модификации пептидов, в ходе которой с высокой селективностью осуществляется синтез пептидной связи, предопределенный конформацией соединяемых олиго-пептидов. Эта модификация включает два согласованных протеолитических расщепления пептида и последующее соединение концов двух полученных фрагментов. Примером

54

А

Рис. 5. Формирование молекулы инсулина из проинсулина.

а — строение пептидной цепи проинсулина: А и В — концевые участки, С — средний участок; 6 — конформационное изменение проинсулина, приводящее к внутримолекулярной S—S-сшивке его концевых участков; в — строение нативной молекулы инсулина.

такой комбинаторики является соединение и циклизация двух усеченных цепей при биосинтезе макроциклического пептидного антибиотика 9-дефенсина, продуцируемого моноцитами и нейтрофилами (Tang et al., 1999). Такие процессы рассматриваются как пептидный сплайсинг (связывание концов), который происходит аналогично сплайсингу РНК (Cooper, Stevens, 1995).

Компактная конформация полипептида, закрепленная внутримолекулярными гидрофобными связями, определяет топографию расположения гидрофильных и гидрофобных боковых групп на поверхности макромолекулы, ее мозаичную структуру. Взаимное расположение заряженных боковых групп аминокислотных остатков на поверхности пептидной глобулы неоднородно: имеются области с разными по величине и знаку зарядами, что может быть отображено на карте электростатического потенциала поверхности.

Прямые вычисления этого потенциала по данным рентгеноструктурного анализа для ряда полипептидов и нуклеи-

55

новых кислот показали не только пространственную комплементарность, но и комплементарность электростаниче-ского потенциала поверхности (ЭПП) центров связывания ферментов с субстратами, антител с антигенами, ферментов с ингибиторами (Wainer et al., 1982). На примерах комплементарное™ ЭПП рибонуклеазы и РНК, трипсина и его ингибитора, тироксина и преальбумина показано, что участки этих молекул, не занятые в электростатическом притяжении лигандов и центров связывания, обеспечивают взаимное локальное отталкивание участников взаимодействия (в том числе и под действием электростатического отталкивания одноименных зарядов), так что энергетические барьеры для обратной реакции диссоциации комплекса не очень высоки. Иначе говоря, межмолекулярная комплементарность не смешает равновесие взаимодействия пептидов только в сторону связывания — соседние участки пептидной цепи обеспечивают обратимость этого процесса и диссоциацию комплекса. Такие подвижные равновесия лежат в основе межмолекулярной ассоциации биологически активных полипептидов как при энзиматическом катализе, так и при пептидной регуляции определенных функций клетки.

Электростатическая комплементарность взаимодействующих пептидов, не уравновешенная силами отталкивания, приводит к необратимым фазовым превращениям. Примером таких превращений служит спонтанная и необратимая самоассоциация пептидов, состоящих из чередующихся тет-рапептидных блоков, комплементарных друг другу по знаку заряда:

(Ala—Glu—Ala— Glu—Ala—Lys—Ala— Lys—)2.

В водных растворах эти пептиды образуют межмолекулярные ассоциаты со структурой р-листа и в присутствии солей выпадают в виде макроскопических мембран и волокон (Zhang et al., 1993). При комплексообразовании резко снижается гидратация пептидов. Электронная микроскопия позволяет увидеть их микроструктуру: переплетенные фила-менты толщиной 10—20 нм. Они ни в чем не растворяются — ни в кислотах, ни в щелочах, ни при добавлении мочевины или гуанидина, ни под действием протеолитических ферментов. Есть все основания предполагать, что такого типа межмолекулярная ассоциация пептидов лежит в основе формирования амилоидозных отложений в различных тканях (Tomas et al., 1996). В частности, сывороточный бе-

56

лок — амилоид А с молекулярной массой 13.4 кДа продуцируется печенью под действием цитокинов и откладывается в виде самоассоциатов в различных органах и тканях, повреждая их и вызывая амилоидоз; р-амилоидный глико-протеин с молекулярной массой 86.8 кДа откладывается главным образом в нервной ткани и является одной из причин заболевание Альцгеймера. Аналогичные поражения мозга вызывают прионы — мембранные белки с молекулярной массой 33—35 кДа, которые, по-видимому, после потери гликофосфолипидной составляющей теряют нативную ос-спи-ральную структуру и приобретают структуру р-листа. Во всех перечисленных примерах причиной амилоидозных отложений является необратимая, электростатически закрепленная самоассоциация комплементарных участков пептидных цепей, имеющих р-конфигурацию.

Значительные изменения конформацни полипептидов наблюдаются при энзиматической модификации их боковых групп: при метилировании, декарбоксилировании, де-амидировании. Наибольшие изменения гидрофильное™ и коиформации полипептидов происходят при фосфорилиро-вании боковых групп серина, треонина или тирозина (под действием фосфокиназ) или при гликозилировании полипептида. Эти процессы относятся к другой области саморегуляции организма — к области согласованных ферментных систем, обеспечивающих метаболизм и взаимосвязь пептидов с другими классами молекул: с углеводами, полифосфатами и липидами.

Как уже упоминалось, все конформационные переходы и межмолекулярные взаимодействия в живых системах происходят в водном окружении, хотя эта вода организована в форму гидратационных оболочек (связанная вода) макромолекулы.

Очевидно, что изменение коиформации пептида сопровождается изменением его гидратационных оболочек и системы водородных связей, которая в гидратационной воде имеет вполне определенную динамическую структуру. Боковые группы пептида расположены таким образом, что их водородные связи с другими группами легко меняют ориентацию и преобразуются в водородные связи с молекулами воды ближайшего окружения. Частота смены «партнеров по водородным связям» зависит от химической природы боковой группы и от ее расположения в данной коиформации пептида.

Причиной изменения коиформации пептидной цепи могут быть не только ее межмолекулярные взаимодействия, но

57

и изменения внутримолекулярных электростатических характеристик молекулы, связанные с изменением степени ионизации ее боковых групп. Ориентация вектора локального диполя (от центра тяжести отрицательного заряда к центру тяжести положительного) меняется по мере деиониза-ции боковых групп (см. рис. 3) при изменении диэлектрической проницаемости или рН внешней среды. Результирующее изменение электростатической составляющей свободной энергии, как правило, приводит к изменению конформации всей молекулы. Поскольку каждая конформация представляет