Торсионная лабильность пептидной группы в организации α- и β-вторичных структур олигопептидов. Квантово-химический анализ

Самченко, Александр Анатольевич

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Торсионная лабильность пептидной группы в организации α- и β-вторичных структур олигопептидов. Квантово-химический анализ
ВАК РФ 03.01.02, Биофизика

Автореферат диссертации по теме "Торсионная лабильность пептидной группы в организации α- и β-вторичных структур олигопептидов. Квантово-химический анализ"

005007510

На правах рукописи

Самченко Александр Анатольевич

ТОРСИОННАЯ ЛАБИЛЬНОСТЬ ПЕПТИДНОЙ ГРУППЫ В ОРГАНИЗАЦИИ а- И Р- ВТОРИЧНЫХ СТРУКТУР ОЛИГОПЕПТИДОВ. КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ.

03.01.02-Биофизика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

1 2 ЯНВ 2012

Пушино - 2011

005007510

Работа выполнена в лаборатории структуры и динамики биомолекулярных систем Учреждения российской академии наук Института биофизики клетки РАН.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук Комаров Владислав Михайлович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук Быстров Владимир Сергеевич

кандидат физико-математических наук Сорокин Анатолий Александрович

Ведущая организация: Московский Государственный Университет им. М.В.Ломоносова, кафедра биофизики биологического факультета (Москва)

Защита состоится « 18 » января 2012г. в 13-30 на заседании совета Д 002.093.01 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Учреждении Российской академии наук Институте теоретической и экспериментальной биофизики РАН по адресу:

142290, Московская область, г. Пущино, ул. Институтская, 3, ИТЭБ РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной библиотеке НЦБИ РАН по адресу: 142290, Московская область, г. Пущино, ул. Институтская, 3, ИТЭБ

РАН.

Автореферат разослан < 2011г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.ф.-м.н.

Ланина Н.Ф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Исследование механизмов сворачивания полипептндных цепей в нативную структуру, остается одной из фундаментальных проблем физико-химической биологии.

Существует большое число теорий фолдинга белков: теория каркасной модели (Kim P.S. et al. 1990), теория гидрофобного коллапса (Dill К.A. et al. 1990), теория нуклеации-конденсации (Ferst A.R. et al. 1997) и другие. Все эти предложения основаны на том, что информации, содержащейся в аминокислотной последовательности вполне достаточно для формирования нативных структур белков (Anfinsen C.B.). Вместе с этим в настоящее время, большинство исследователей направляют свои силы в основном на изучение укладки уже сформированных вторичных образований в нативные структуры пептидов и белков. При этом, нет четкого видения необходимости исследования механизма начальной стадии организации регулярной структуры полипептидных цепей. Считается, что вторичные структуры формируются путем минимизации энергии полипептадов из определенных аминокислотных последовательностей. Как следствие, в настоящее время различные методики предсказывания функциональных, нативных структур белков и пептидов надежно работают, примерно на 50 - 60%, что, конечно же, является не вполне удовлетворительным результатом. С помощью таких методик довольно сложно моделировать функциональные свойства биомолекул (в том числе и лекарственных препаратов) с «нужными» для исследователей характеристиками.

На наш взгляд изучение механизма фолдинга белков необходимо начинать с истоков зарождения регулярной структуры. А именно, с аминокислотной последовательности и того, как именно олигопептидная цепь начинает приобретать сперва вторичную, а затем и третичную структуры.

Выявление факторов способствующих зарождению «нативности» в пептидах одна из основных задач в данной области. Такие исследования остаются до сих пор актуальными для правильного понимания процессов самоорганизации структуры природных полипептидов. Успешное решение этого вопроса тормозится в некоторой степени как наличием большого разнообразия самих аминокислот, так и встречаемым значительным количеством видов самих вторичных структур.

Ключевым моментов в многолетней истории структурных исследований полипептидов явилось сформулированные Л.Полингом с соавторами в 1951 году ряда постулатов строения вторичных структур белков (Pauling L. et at. 1951), которыми пользуются и поныне. В частности - постулатов о строго плоском и жестком строении пептидной группы, а также о неизменности валентных углов и длин связей аминокислотных остатков при вращениях вокруг одиночных связей. Согласно представлениям молекулярной биофизики полагалось, что различные вторичные структуры образуются, в основном, за счет вариации торсионных ip, у и ш-углов пептидного остова (рис.1).

Рис. 1. Дипептид аланина. Стрелками указаны двугранные углы ф, у и со, отвечающие за формирование вторичных структур пептидов и белков.

При этом, постулирование плоского строения пептидной группы позволяет существенно упростить теоретический анализ белков, поскольку вместо изучения поведения трех углов ф, у и ш, в моделировании фактически можно было использовать вариации только двух торсионных углов - ф и *]/, а угол со приравнивать либо 0°, либо 180°. Обосновывается это тем, что барьер вращения вокруг полуторной связи пептидной группы ОС - NH составляет, согласно оценкам, примерно 18 Ккал/моль, что практически невозможно реализовать с точки зрения термодинамики связей в такого типа соединениях (см., например, Финкильштейн А.В., Птицин О.Б. 2002). Так, что каждому аминокислотному остатку теперь можно было сопоставить пару торсионных углов ф и при Са-атоме на графике поверхности потенциальной энергии. При этом считалось, что в структуре белков могут наблюдаться только значения углов ф и v|/, обеспечивающие наименьшее отталкивание между боковыми группами аминокислот в полипептиде.

Возникающие «разрешенные» и «запрещенные» зоны значений торсионных углов позволяли таким образом выделять аминокислоты, исходно тяготеющие к образованию тех или иных типов вторичных структур: а-спиральных, р-слоистых или Р-петлевых. Были исследованы моно-, ди- и трипептиды всех встречающихся в природе 20 L-аминокислот (Ramachandran G.N. et al. 1966, Шайтан К.В. 1997 - 2002). Были построенны конформационные карты (рис. 2), так называемые карты Рамачандрана этих структур

Выполненные таким образом работы дали многим исследователям основание полагать, что дальнейшее детальное изучение структурообразования вторичных форм олигопептидов не является столь актуальным, по сравнению с важностью исследования механизма фолдинга белков в целом на базе уже сформировавшихся вторичных форм.

Вместе с тем, с развитием современных методов исследования строения молекул появились новые экспериментальные данные, указывающие на необходимость уточнения или пересмотра устоявшихся представлений, исходных постулатов по организации структуры пептидных образований.

Тезис о плоском строении "лавного элемента полипептидных цепочек -пептидного фрагмента 0=C'-NH, как раз остался нетронутым.

Имеющиеся экспериментальные данные указывают на некоторые неточности в оценке этого постулата при моделировании полипептидов:

во-первых - наблюдаетя широкое колоколообразное, а не узкое распределение углов со наряду с существованием большого количества гош-конформеров пептидных групп, согласно структурным базам белков (MacArthur M.W.,Thornton J.M. 1996;

Рис. 2..Карта Рамачандрана углов ф и у

вторичных структур пептидов.

оЛ и аЬ - области параметров правых и левых а-спиралей;

(||) ~ область р-слоя с параллельными и

(11) - ангипараллельными цепями;

(II) - область полиглицина;

(С) - область коллагена;

[Н и рП - координаты Р-изгибов полипептидов

(ВгаШ О.А. -I.Mol.Biol. 23, 47-65, 1967).

.....^

Ш)

<f, градусы

Carugo О. 2003). На наш взгляд этот факт скорее можно объяснить не столько возможностью поворота вокруг С'—N связи на некоторый угол со, как многие полагают, сколько выгодностью наклона всей плоскости NHCa на угол ß, относительно остова пептидной группы. Потери в энергии при этом, как показывают микроволновые данные, не превышают значения 1 ккал/моль;

во-вторых - наблюдаемые различные радиусы кривизны экспериментальной и теоретически полученных a-спиралей у олигопептидов (Zagrovic В et al. 2005). У теоретической a-спирали радиус кривизны оказывается больше, из-за использования в модельных построениях именно постулата жесткого плоского строения пептидной группы;

в-третьих - наблюдаемое систематическое и довольно большое, порядка 10°-15°, отклонение от прямой линии геометрии строения C=0---H-N водородного связывания пептидных групп, при исходной пленарной модели строения этих фрагментов в структуре белков. Другими словами, жесткая пептидная группа не позволяет атому водорода связи N-H гибко подстроиться под энергетически более выгодную структуру водородной связи (Alan G.Walton 1981).

Наконец, поскольку сам фоддинг олигопептидов происходит в реальной клеточной среде, то естественно нельзя оставлять без внимания оценку влияния хотя бы ближайшего гидратного окружения на пептидные группы и в целом на механизм организации вторичных структур.

Все это дает нам основание заключить: - для корректного исследования механизмов фолдинга белков, важно не только исходное знание величин двугранных углов ф и различных областей вторичных структур на карте Рамачандрана, но и более глубокое понимание лимитирующих физических факторов в организации канонической конформации конкретных монопептидов, в регуляризации пространственных форм олигопептидных цепочек.

Поэтому дальнейшее всестороннее исследование механизма инициирования вторичных структур олигопептидов, на базе учета специфических особенностей электронного строения как модельных, так и природных пептидов, с привлечением адекватных квантово-химических подходов, представляется крайне важными, носит приоритетный характер и тем самым определяет актуальность данной темы диссертации. Цель и задачи работы

Основная цель работы заключалась в обосновании ключевой роли торсионной лабильности пептидной группы и нековалентных взаимодействий боковых радикалов аминокислот в организации вторичной структуры олигопептида.

Поскольку гидратация является важнейшим элементом, обуславливающим стурктурно-динамическую организацию пептидов и белков в клетке, то в работе теоретически была проведена оценка роли водного окружения в оптимизации структуры пептидной группы и стабилизации спиральных и слоистых форм олигопептидов

Для достижения сформулированных целей вырабатывался, прежде всего, единый квантово-химический подход в непротиворечивом описании информационных, спектроскопических и термодинамических особенностей как простейших модельных пептидных молекул, так и более сложных комплексов аминокислотных последовательностей с учетом влияния слабых нековалентных внутри- и межмолекулярных взаимодействий.

Для решения поставленных проблем были сформулированны следующие задачи:

• исследование торсионной лабильность пептидной группы в структуре простейших молекул амидов (формамиде, ацетамиде, трансметилацетамиде и других амидов);

о анализ полиморфизма непланарности пептидной группы в структуре моно- и дипептидов природных L-аминокислот;

• исследование влияния непланарности пептидной группы на локализацию «разрешенных» областей значений двугранных углов ф- и у- молекулярного остова моно- и дипептидов;

• оценка роли нековалентных взаимодействий аминокислотных боковых групп в организации предпочтительных вторичных структур олигопептидов;

• исследование пирамидализации валентных связей пептидной группы в области атома азота в структуре гидратированных молекул амидов;

• анализ влияния водного окружения на термодинамическую стабильность а-спиральных и р-слоистых форм олигопептидов.

Конкретное личное участие соискателя в получении результатов, изложенных в диссертации.

Все необходимые теоретические расчеты были проведены Самченко А.А. самостоятельно. Были выполненны выбор и обоснование использования методов квантовой химии: РМЗ-метода (программного пакета МОРАС) и ab initio методов (программный пакет GAUSSIAN) для адекватного воспроизведения экспериментальных структурных данных простейших молекул аминов и амидов, природных L-аминокислот, моно-, ди- и олигопептидов. Проведена интерпретация результатов, подготовка публикаций и докладов по теме диссертационной работы. Научная новизна работы

В работе впервые дано обоснование существования полиморфизма непланарного строения пептидной группы в белковых молекулах. До настоящего момента пептидная группа всегда считалась жестким плоским молекулярным образованием.

Рассмотрена нетривиальная роль невалентных взаимодействий аминокислотных остатков друг с другоми и с пептидными группами в организации структуры олигопептидов. Показано, что возможность образования внутримолекулярных нековалентных связей выступает важнейшим инициирующим фактором направленной дифференцировки моно- и дипептидов к организации определенных форм их вторичной структуры.

Впервые было выявленно, что водное окружение при определенных условиях увеличивает неплоский характер пептидной группы, облегчая формирование остовом олигопептида наиболее термодинамически устойчивых структур и, тем самым, усиливая нековалентные внутримолекулярные обменные взаимодействия аминокислотных остатков в моно- и дипептидах. Научная и практическая значимость работы

Полученные результаты имеют как фундаментальное значение - для понимания биофизических механизмов ранних стадий сворачивания белков и пептидов - так и прикладное, поскольку могут быть успешно использованы в биоинженерии при рациональном дизайне новых биомакромолекул с заданной пространственной структурой.

Апробация работы и публикации

Результаты работы были представлены на Международной конференции «Математика.Компьютер.Образование», (Пущино, Дубна 2007 - 2011), Международной Пущинской школы-конференции молодых ученых «Биология - наука

XXI века», (Пущино, 2006 г., 2010 г.), XIII Симпозиуме по межмолекулярным взаимодействиям и конформациям молекул, (19 -23 июня, 2006, Санкт-Петербург), III Российском симпозиуме «Белки и пептиды», (16 - 21 сентября, 2007, Пущино), XIV Симпозиуме по межмолекулярным взаимодействиям и конформациям молекул, (15 -21 июня, 2008, Челябинск), II Международной конференции «Моделирование нелинейных процессов и систем» (Москва, МГТУ «СТАНКИН», 6-10 июня 2011 г).

Результаты работы опубликованны в 24 печатных работах, в том числе 9 статьях в отечественных и зарубежных периодических изданиях.

Структура и объем работы

Диссертация представлена в стандартной форме и состоит из введения, обзора литературы, описания методов и подхода, результатов исследования, заключения, выводов, списка работ автора по теме диссертации и списка литературы. Работа изложена на 167 страницах, содержит 47 рисунков, 23 таблицы, 232 литературных ссылок.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Методы и подходы

Теоретический анализ структуры, спектральных и термодинамических свойств молекулярных систем проводился в основном на базе известного, хорошо зарекомендовавшего себя квантово-химического подхода. Использовалась современная полуэмпирическая методика MNDO в варианте РМЗ параметризации свободно распространяемого программного пакета МОРАС2009.

Выбор этого метода расчета определялся рядом важных обстоятельств.

Во-первых, он весьма универсален и достаточно надежен. Позволяет единым образом, с достаточно хорошей точностью (не хуже 10%) воспроизводить все основные структурные характеристики не только изолированных молекул, но и комплексов с водородными связями.

Во-вторых, в отличие от получивших широкое применение в последние годы неэмпирических, ab initio, квантово-химических схем расчета, эта полуэмпирическая техника обладает наилучшим соотношением точности расчета и требуемых вычислительных ресурсов. В наиболее актуальном для нас случае, случае задач, в которых размерности изучаемых молекулярных систем оказываются порядка нескольких сотен атомов, данная методика является весьма действенным в настоящее время инструментарием для изучения особенностей электронного строения таких биологически важных комплексов.

В-третьих, высокая надежность MNDO/PM3 метода в описании колебательно-вращательных характеристик молекулярных систем позволяет эффективно использовать его через формализм «статистических сумм» в количественных оценках колебательных, вращательных энтропийных факторов в термодинамике анализируемых структур.

Особенности применения этой техники в данной работе заключались в следующем: все рутинные оптимизационные информационные расчеты (было в общей сложности исследовано около 3000 структур), в том числе и расчеты структур с заведомо большим количеством минимумов на гиперповерхности потенциальной энергии, проводились не только в стандартных условиях достижения минимальности значения теплоты образования системы, но и при дополнительных условиях отсутствия мнимых частот в колебательном спектре изучаемого соединения. Хотя все это на порядок увеличило вычислительные затраты, но, учитывая сложность и

деликатность затрагиваемых вопросов, это дало возможность с большей уверенностью говорить об глобальности найденных минимумов энергии исследуемых полипептидных комплексов. Были исключены из рассмотрения многочисленные промежуточные, переходные состояния и, таким образом, достигалось более надежное описание геометрии основного состояния moho-, ди- и олигопептидов, как в структуре изолированных, так и в структуре гидратированных форм.

Ряд расчетов свойств малых молекул проводился ab initio методами квантовой химии с помощью пакета GAUSSIAN'03 Результаты и обсуждения

Торсионная лабильность пептидной группы в простейших модельных молекулах амидов.

Как мы отмечали выше, постулат о планарности строения пептидной группы является ключевым моментом в описании организации вторичной структуры глобулярных белков (Pauling L et al. 1951). Вместе с тем, накопленные экспериментальные данные указывают, что этот элемент как природных, так и синтетических полипептидов практически всегда проявляется в форме со значительными торсионными искажениями (MacArthur M.W., Thornton J.M. 1996, Carago О. 2003, Sulzbah H.M. etal. 1995, Esposito L. etal. 2005).

Надежно установлено (Costain С.С. I960, Brawn R.D. et al. 1987, Santos L. et al. 2000 и др.), что в структуре простейших алифатических, ненасыщенных или ароматических аминов всегда реализуется неплоское строение -NH2 фрагмента. Для изолированных молекул наблюдается пирамидализация геометрии валентных связей при атоме азота за счет предпочтительности его 5р3-гибридного валентного состояния над sp^-гибридным. Хотя преимущество такой непланарной геометрии аминогруппы над планарной не так велико, составляет по энергии примерно ~ 1 ккал/моль, оно, тем не менее стабильно и достаточно четко фиксируется соответствующими спектроскопическими микроволновыми экспериментами (Brawn R.D. et al. 1987; Santos L. et al. 2000 и др.). Многие теоретические результаты, полученные с применением современных полуэмпирических и ab initio квантово-химических методов расчета, также согласуется с этими данными (Prasad B.V. et al. 1999, Ferretti V et al. 1993).

Поэтому, для построения непротиворечивого механизма организации вторичной структуры полипептидных последовательностей крайне важным было детальное исследование вопроса о возможной исходной непланарности и высокой торсионной лабильности самих пептидных групп.

Считается, что в амидах планарность формы пептидной группы является следствием сильного резонанса ионных и ковалентных структур в я-электронной сопряженной системе молекулы (Pauling L et al. 1951). В качестве доказательства обычно используется факт наблюдаемого плоского строения родоначальника амидов -молекулы формамида, 0=CH-NH2 (Fogarasi G. etal. 1979).

Однако имеющиеся прецизионные микроволновые данные позволяют говорить только в среднем о плоском строении геометрии этой молекулы (Brawn R.D. et al. 1987). Профиль поверхности потенциальной энергии (ППЭ) формамида имеет очень широкий, пологий минимум и указывает на высокую колебательную активность атомов водорода аминогруппы около своего среднего положения. Угловые изменения эквиэнергетических смещений водородов ЫН2-группы (углы наклона плоскости H-N-H относительно плоскости молекулярного остова) довольно велики и составляют ±40°. Поэтому, данная молекула скорее говорит о наличии потенциально высокой исходной торсионной лабильности фрагмента OC-NH нежели о стабильности его плоской структуры.

С другой стороны, в структурах простых аминов колебания ЫНг-группы около центра инверсии всегда имеет, бистабильный характер (Costain С.С. et al. 1960). Для случая ароматических аминов с сопряженными я-связями устойчивые минимумы энергии отвечают двум симметричным наклонам плоскости H-N-H относительно плоскости всей молекулы на угол порядка +40". Если взять другой пример, пример молекулы виниламина - полного я-электронного аналога формамида, то устойчивость его неплоской по NH2-rpynne структуры не вызывает сомнения и довольно точно описана спектроскопически (Brawn R.D. et al. 1987). Так, что указание некоторыми авторами на «вьшлащивание» структуры формамида - это указание вообще говоря на определенную специфику строения только данного амида и эта специфика скорее исключение, чем правило.

Поэтому, в нашей работе, прежде всего дается обоснование неплоского строения 0=C-N-H фрагмента в ряду простейших производных формамида (модели пептидной группы). Здесь, в качестве основного и весьма надежного современного инструментария оптимизационного конформационного расчета была выбрана квантово-химическая МР2 техника расчета, с учетом вкладов многоэлектронных корреляций при использовании расширенного базисного набора атомных функций. На рисунке 3 представлены сравнительные данные наших неэмпирических МР2 и полуэмпирических РМЗ расчетов, а также известные из литературы теоретические оценочные и экспериментальные данные зависимости полной энергии молекулы формамида от угла наклона плоскости ЫНг-группы относительно плоскости остова 0=C-N.

Как видно из приведенных профилей поверхностей потенциальной энергии (ППЭ), молекула формамида, а значит и пептидная группа, в газовой фазе может рассматриваться только в среднем как «плоская структура». Согласно экспериментальным данным, любой наклон, от -40° до +40° плоскости HNH относительно плоскости OCN оказывается почти изоэнергетическим исходно плоской структуре молекулы. При этом только наиболее строгие ab initio расчеты и расчеты РМЗ методом достаточно адекватно воспроизводят наблюдаемые данные.

Рнс.З. График изменения полной энергии формамида в зависимости от угла р - наклона плоскости NH2 относительно плоскости молекулы. —— - спектроскопические данные (Brawn R.D. et al. 1987); — ■ — -ah initio MP2/6-31G* расчет (Fogarasi G. el al. 1979);

— — - наш полуэмпирический РМЗ расчет;

— ■■— - наш МР2/6-311G** расчет.

Следовало предположить, что усложнение химической структуры амида должно, каким-то образом, вызывать изменение исходных условий сильного кулоновского «напряжения» в его электронной структуре и как следствие, приводить к снятию «вырождения» торсионной неустойчивости такого молекулярного образования. Действительно, как показали наши РМЗ оценки • (рисунок 4), последовательное замещение в формамиде атомов водорода метальными группами приводит ко все более и более явному преимуществу пирамидальной вр3-гибридной организации валентных связей аминогруппы над ее плоской зр2-структурой.

Для наиболее интересного случая, молекулы Ы-метилацетамида СН3-С=0-ЫН-СНз - случая модели пептидной группы в структуре природного полипептида, явно видно преимущество двух неплоских форм фрагмента 0=С-Ы-Н. Согласно рисунку 4, здесь, с небольшим выигрышем энергии порядка 0,2 ккал/моль, реализуется бистабильная структура молекулы с фиксированными симметричными наклонами вверх и вниз связей М-Н(Ы-СНз) относительно плоскости 0=С-Ы остова.

§ 1

-60 -4б -30 -15 о 1s 30 45 60

Угол наклона f (градусы)

Рис. 4. РМЗ рассчитанные профили поверхности полной энергии метилза-мещенных формамида и молекулы винил-амина, H2C=CH-NH2, как функции угла наклона |5.

Таким образом, представленные данные дают основание заключить, что, с одной стороны, в простейших соединениях амидов непланарность фрагмента 0=C-N-H является его внутренним свойством. Возникающий выход из плоскости молекулярного остова атома водорода оказывается не малым. Как показывает расчет, для равновесной геометрии характерен наклон N-H связи примерно на величину в 20° относительно плоскости 0-C-N. И этот наклон в значительной степени инициируется эффектом пирамидализации валентных связей атома азота в электронной структуре данной молекулы.

С другой стороны, относительно малая величина самого энергетического барьера, разделяющего две неплоские структуры пептида, указывает на сохранение достаточно высокой торсионной лабильности его исходной формы. Изменения торсионного угла 0=C-N-H примерно на 10° в ту или иную сторону сопровождаются относительно небольшими, в пределах < 0.5 ккал/моль, изменениями полной энергии молекулы.

Исследование зарождения нативности регулярной структуры аминокислотной последовательности на примере структурообразования моно- и дипептидов.

Как отмечалось выше, довольно простым и очень наглядным способом анализа конформацонных «возможностей» пептидных образований является метод карт Рамачандрана (Ramachandran G.N. et al. 1966, J. Grdadolnika V et al. 2011). В литературе известны примеры использования этого подхода к группированию аминокислот по их предпочтительности к формированию тех или иных вторичных структур

формам ид

— ацетаиид ■••♦» м етилформамид --«- д и метил формам ид —'-—метилацетамид -о-диметилацетамид

олигопептидов. Однако, хотя и была выявлена сама тенденция «предрасположенности» ряда аминиокислот к определенным регулярным формам, но, к сожалению, такого рода классификации не объясняют того: когда и сколько необходимо аминокислотных остатков для того, чтобы считать получившуюся структуру нативной? Большинство авторов склоняется к мнению, что в общем случае, организация торсионной структуры аминокислот находится под сильным влиянием ближайшего окружения. И природа соседних боковых групп, и гидратация, а также концевые эффекты цепей могут существенным образом сказываться на конечных значениях углов ф и у аминокислотных остатков в реальных последовательностях.

Конечно, выявление и дальнейшее исследование такого типа эффектов безусловно расширяет наши представления о механизмах структурообразования пептидов и белков. Однако в теоретическом плане, явный и единый их учет - это довольно сложная задача. Поэтому, в описании аминокислотной предрасположенности наибольшее распространение получили различные параметрические схемы с определенными наборами эмпирических правил (см. например, Финкильштейн A.B., Птицин О.Б. 2002; Попов Е.М. 1997).

Тем не менее, несмотря на складывающуюся ситуацию, есть основания полагать, что в систематизации конформационной предпочтительности аминокислот использование представлений карт Рамачандрана для одиночных монопептидов является далеко не исчерпанным. Дело, на наш взгляд, здесь именно в недоработанности двух, отмеченных выше, основных допущений: 1) жесткости и планарности пептидной группы в транс-конфигурации; 2) неизменности валентных углов и длин связей аминокислотных остатков при вращениях вокруг одиночных связей (Попов Е.М. 1997). Можно сказать, что данная область исследований оказалась как бы выпавшей из детального обсуждения механизма зарождения «регуляризации» формы при последовательном переходе от моно- к ди- и более длинным пептидам.

В данной работе нам, с помощью квантово-химических расчетов удалось показать, что достаточно корректный учет особенностей организации электронной структуры монопептидов уже приводит к существенной модификации общепринятых зон двугранных углов <р и у карт Рамчандрана Расширяются и детализируются «разрешенные» области остовов аминокислот к формированию тех или иных видов вторичной структуры. Выявляются дополнительные структурные факторы при формировании пептидами своих «нативных» конформаций и таким образом, обозначаются маркеры по которым можно судить о степени предрасположенности структуры короткой аминокислотной последовательности к той или иной регулярной форме.

Карты Рамачандрана монопептидов.

Выше отмечалось, что электронное строение основного состояния пептидного фрагмента 0=C'-NH, его предпочтительная конформация и степень непланарности находятся под сильным влиянием соседних групп. Замена атомов водорода метальными радикалами оказывается достаточной для изменения равновесной конфигурации амидной группы и, следовательно, для инициирования уникальной геометрии всего молекулярного остова монопептида.

Выделив этот важнейший момент в структурной организации пептидов, необходимо было оценить: какую роль он может играть в формировании «нативных» структур моно- и дипептидов конкретных аминокислот?

С этой целью, в начале, мы провели квантово-химический конформационный анализ простых монопептидов метиламид-Ы-ацетил-Ь-аминокислот.

Рис. 5. Рассчитанные карты Рамачандрана монопептида глицина, а) результаты расчета методом молекулярной механики (Oldziej S. et al. 2003); 6) наш квантово-химический РМЗ расчет (плоская пептидная группа); в) наш, РМЗ расчет (неплоская пептидная группа); г) результаты ab initio квантово-химического LMP2/cc-pVQZ(-g)//MP2/6-31G* расчета (Mackerell A.D. et al. 2004). Сечения поверхностей сделаны через интервал в 1 ккал/моль.

На рисунке 5 представлены результаты расчета конформационных карт газофазной структуры монопептида глицина. Показано видоизменение сечений поверхности потенциальной энергии этого соединения при переходе от постулируемой, исходно плоской структуры его амидной группы к реальной неплоской геометрии. Там же, для сравнения, приведены результаты построения карт Рамачандрана этого же монопептида как на основе использования распространенной простейшей техники эмпирического атом-атомного силового поля (Oldziej S. et al. 2003), так и с применением весьма строгой, ab initio квантово-химической техники расчета с учетом вкладов многоэлектронных корреляций на основе метода LMP2/cc-pVQZ(-g)//MP2/6-31G* (Mackerell A.D. et al. 2004).

Первое, что обращает на себя внимание на рис.5 это то, что в отличие от результатов обычных эмпирических оценок явный учет электронных взаимодействий определенно сказывается на характере формирования областей карт Рамачандрана монопептида глицина. Хотя полученная картина карты Рамачандрана глицина в распределении разрешенных значений двугранных углов <р и у здесь и сохраняется, тем не менее, конкретный вид поверхности потенциальной энергии претерпевает заметные изменения. Эти результаты имеют хорошую корреляцию с данными работы (Mackerell A.D. et al. 2004) (рис.5 в), что лишний раз доказывает высокую надежность используемого РМЗ метода в решении такого типа задач.

Из сравнения рассчитанных карт Рамачандрана на рис. 5а и 56, хорошо видно, что отказ от постулируемой жесткой, строгой плоской структуры пептидной группы приводит к модификации информационной поверхности такого монопептида. Наблюдается расширение районов основных минимумов энергии. Возникает детализация «разрешенных» областей значений торсионных углов. При этом несколько сужаются границы их «запрещенных» значений. Это указывает на важность учета вклада лабильности пептидного фрагмента 0=C'-NH в формировании нативных структур пептидов.

Наблюдаемая здесь общая картина довольно большого диапазона разрешенных величин двугранных углов <р и у для молекулярного остова глицина согласуется с известным выводом о высокой встречаемостью этой аминокислоты в различных структурных формах полипептидных цепей (Homak V. etal. 2006).

Следующим объектом исследования явился монопептид аланина. Результаты представлены на рис.6.

Рис.б.Карты Рамачандрана для монопептида аланина.

а) результаты расчета методом молекулярной механики (Oldziej S, et al. 2003); б) наш квантово-химический РМЗ расчет (в варианте принудительно плоской пептидной группы); в) наш РМЗ расчет с реальной неплоской структурой пептидной группы; г) ab initio квантово-химический расчет методом LMP2/cc-pVQZ(-g)//MP2/6-31G*(Mackerell A.D. et al. 2004). Сечения поверхностей сделаны через интервал в 1 ккал/моль.

Как и в ситуации с глицином учет исходной структурной лабильности пептидной группы приводит к заметному изменению общего вида конформационной карты монопептида. Реализация непланарности пептидного 0=C'-NH фрагмента расширяет области основных минимумов энергии на карте Рамачандрана, корректируя тем самым наиболее вероятные пути перестройки одних стабильных конформеров в другие.

Видно также, что результаты нашего РМЗ расчета (рис.бв) не противоречат другим расчетным данным (рис.бг), найденным в литературе для этого монопептида и полученным более строгим квантово-химическим методом LMP2/cc-pVQZ(-g)//MP2/6-31G* с учетом поправок на эффекты коллективных много электронных взаимодействий (Mackerell A.D. etal. 2004).

Таким образом, пример глицина и аланина показывает, что исходная торсионная лабильность пептидного 0=C'-NH фрагмента выступает важным фактором коррекции общепринятого вида карт Рамачандра (Oldziej S. et al. 2003, Mackerell A.D. et al. 2004). Реализация конкретного непланарного характера структуры пептидной группы в зависимости от природы боковой группы приводит к определенному и своеобразному расширению границ минимумов энергии их основных конформеров. Позволяет эффективно заселять «невыгодные» с точки зрения представлений молекулярной механики конформации и, соответственно, дает возможность плавнее преодолевать границы разных структурных форм этих монопептидов. Для аланина, в частности, это обуславливает механизм облегченного, плавного перехода из p-структуры в спиральную форму.

На основании только этих результатов уже можно предположить, что такого же рода эффекты будут свойственны структуре монопептидов и других природных L-аминокислот, что и проверялось нами на следующем этапе работы. Строились и анализировались карты Рамачандрана остальных канонических L-аминокислот.

Поскольку боковые радикалы этих аминокислот в отличие от предыдущих являются довольно сложными разветвленными образованиями, первое, что нам необходимо было сделать - это провести оптимизационные конформационные расчеты основных ротамерных форм этих соединений и выделить как бы «чистые» ротамеры, с исключенным влиянием дополнительных, нековалентных взаимодействий боковых «радикалов» с остовом монопептида.

Для такого устойчивого конформера с относительно свободной и вытянутой «ориентацией» боковой группы были выполнены квантово-химические расчеты карт Рамачандрана всех 18 монопептидов. Полученные результаты приведены на рис.7. Как

и ранее, мы ограничились представлением на графиках только пяти нижних контуров сечений поверхности потенциальной энергии.

Как видно из рис.7, конформационные карты монопептидов всех оставшихся 18 аминокислот имеют определенное общее сходство с картой Рамачандрана, описанной нами для монопептида аланина - самой простой аминокислоты с «коротким радикалом» (-СН3), рис.6. И это при то.д, что мы в расчетах учли только эффект исходной высокой торсионной лабильности их пептидных групп.

Можно заключить что, если не принимать во внимание проявления дополнительных, нековалентных взаимодействий (внутримолекулярных водородных связей, ван-дер-ваальсовых или других слабых взаимодействий), то картина формирования монопептидами вторичных структур должна в значительной мере отвечать (3-формам, как наиболее выгодным по энергии. В дальнейшем будем называть такой тип карт Рамачандрана - «аланиновым» типом карт.

Рис. 7. РМЗ

рассчитанные

карты

Рамачандрана 20 монопептидов природных Ь-аминокислот:

На самом деле в природе такого не наблюдается. Имеется наличие большого многообразия вторичных структур олигопептидов и белков.

Показателен пример аспарагиновой кислоты (аспартата). Как известно боковой радикал этой аминокислоты с карбоксильной группой на конце, вообще говоря, может

образовывать устойчивую внутримолекулярную водородную связь с пептидным остовом. Наш РМЗ оптимизационный расчет показал, что такой устойчивый конформер действительно реализуется в структуре изолированного монопептида аспартата. Если для него теперь построить карту Рамачандрана (рис.8.), то она уже оказывается существенно отличной от вышеприведенной карты «аланинового» типа, рис. 7, т.е. от конформационнэй карты для аспратата со «свободной» боковой группой. Здесь, согласно полученным данным, Р-структура этого монопептида уже перестает быть доминирующим. Наравне с ней появляется область разрешенных значений углов Ф и у, характерных для устойчивой а-спирали.

fei- " Щ

Ш) щШ

W 1 t.

So 4:fifti m % y

W « /1

ÊÈk \ 4J

Рис.8. РМЗ рассчитанные карты Рамачандрана аспартата:

а) ротамер с развернутым, свободным «хвостом» аминокислотного остатка («аланиновый» тип);

б) ротамер с внутримолекулярной водородной связью; в) экспериментальные данные статистки распределения углов ф и v|z аспартата в структуре олигопегггидов и белков (PDB данные, Scott А. et al. 2010). Сечения поверхностей проведенны через интервал в 1 ккал/моль.

Энергии образования Н-связи оказывается достаточно для компенсации возникающих затрат на реорганизацию геометрии валентных связей «хвоста» и на соответствующие изменения торсионных углов ф и у в организации аспартатом устойчивого «спиралеподобного» конформера. Если привлечь соответствующие структурные «аспартатные» данные из банка PDB, рис.8(в), то этот вывод получает хорошее экспериментальное обоснование.

Если исходить из строения концевых групп других аминокислотных радикалов, то видно, что многие из них также обладают потенциальной способностью к образованию внутримолекулярных Н-связей. К ним относятся: аспарагин, глютаминовая кислота (глютамат), глютамин, цистеин, серии, треонин, лизин и аргинин. Как показали наши РМЗ расчеты, по проявлениям такого внутримолекулярного эффекта наиболее близкими к «аспартатовому» типу оказываются лишь: аспарагин, глютамат, глютамин и цистеин. (Цистеин, правда, в меньшей степени отвечает этому типу. Здесь несколько слабее водородная связь). Остальные - имеют кардинальные отличия в картах Рамачандрана по сравнению с этими аминокислотами.

Все полученные данные по монопептидам были сведены нами в единую таблицу-классификацию, которая будет представлена ниже после рассмотрения структуры дипептидов.

Карты Рамачандрана дипептидов.

Чтобы четче представлять себе характер возникающих особенностей конформационных карт обратимся к общепринятой схеме строения самих дипептидов. Как видно из представленного ранее рис. 1., они представляют собой молекулярные образования с разветвленной системой валентных связей и с тремя пептидными

группами. Для обсуждения вида гиперповерхности потенциальной энергии дипептидов карты Рамачандрана строились следующим образом.

Нами был выбран способ, при котором торсионные углы ф и у последовательно варьировались при переходе от первого аминокислотного остатка ко второму, подобно тому, как это может происходить при фолдинге белков и пептидов на рибосоме. При этом сами карты строились поочередно в координатах одной из пар углов Ф1У1, ф2\|/ь Ф2У2 и Ф1У2 при фиксированных значениях углов в остающихся парах.

Вначале таким способом нами были построены конформационные карты для дипептида аланина, самого простого аминокислотного остатка из всех известных в природе 20 Ь-аминокислот (без аминокислот глицина и пролина).

в Ф1У1 м - . Щ ф»?2 1 1

■ЩШШ: чр> Щщр % ■ Ф2У2 9

Рис. 9. РМЗ рассчитанные карты Рамачандрана дипептида аланина (а).

РМЗ рассчитанные карты Рамачандрана дипептида лизина (б).

Сечения поверхностей проведенны через интервал в 1 ккал/моль.

Выше уже отмечалось, что в структуре исходного монопептида этот остаток не имеет предрасположенности к формированию слабых, специфических внутримолекулярных обменных взаимодействий с пептидным остовом. Поэтому следуют ожидать найти подобный характер поведения «разрешенных» областей остовных торсионных улов вторичных структур на картах Рамачандрана и для дипептида аланина.

На рис.9,а. представлены результаты РМЗ расчета соответствующих конформационных карт. Как видно из рисунка 9.а. все эти карты имеют эквиэнергетические области минимумов потенциальной энергии для ф и углов отвечающие Р-структурам. Области, характерные для формирования а-спиралей, оказываются расположенными примерно на 3 ккал/моль выше по сравнению с энергией р-форм. Именно подобная картина нами уже наблюдалась ранее при исследовании карт Рамачандрана монопептида аланина. Поэтому можно заключить, что пептидный «скелет» таких относительно простых дипептидов в условиях отсутствия дополнительных возмущающих факторов будет стараться сохранить структуру р-формы.

Для случая дипептидов, с более сложньм строением боковых радикалов и с наличием гетероатомных групп важнейшую роль, как показывают расчеты, уже играют возникающие внутренние возмущающие факторы. Появление здесь даже простых, нековалентных взаимодействий типа «боковой радикал - боковой радикал» может оказаться достаточным для образования дополнительных локальных минимумов энергии, отвечающих уже новьм структурным формам дипептида (по аналогии со случаем аспартатового монопептида разобранным выше с внутримолекулярной Н-связью «боковой радикал-остов»).

В качестве показательного примера рассмотрим пример конформационных карт дипептида лизина, Как известно, боковой радикал у этой аминокислоты при С" атоме имеет протяженный алифатический «хвост» из четырех -СН2-звеньев с аминогруппой на конце и, соответственно, обладает достаточно высокой конформационной лабильностью и, поэтому, может создавать различные варианты дополнительных внутримолекулярных взаимодействий (связываний). Что и иллюстрируют конформационные карты Рис.9.6.

Из сравнения карт Рамачандрана рнс.9.а) и рис.9.б) следует, что при появлении в составе пептида протяженных радикалов кардинальным образом меняется его предпочтительность к формированию вторичной структуры. Здесь, для структуры остова наиболее выгодным по энергии оказывается инициирование а-спиральнон конформации, а не р-слоя, как это было у диаланина. Согласно карте Рамчандрана ф]1(/2 на Рис.9.б. только концевые относительно свободные участки остова, сохраняют «псевдо-аланиновую» картину своих торсионных параметров.

На рис.10, приведены полученные наиболее стабильные конформеры основного состояния дипептида лизина. Как видно из этого рисунка, в дипептиде лизина образовались устойчивые нековалентные связи С-Н ■Н-С типа, которые собственно и вызвали дополнительную стабилизацию остова a-спирали. Здесь выигрыш по теплоте образования, ДНА оказался 2,71 ккал/моль, а выигрыш в гиббсовой энергии, AG, - 0,73 ккал/моль.

Таким образом, представленные в этом разделе данные показывают, что по сравнению с монопептидами, нековалентные внутримолекулярные обменные взаимодействия выступают важнейшим фактором проявления и стабилизации нативных вторичных структур дипептидов.

В целом, полученные здесь результаты по формированию предпочтительности аминокислот (на стадии моно- и дипептидов) к тем или иным вторичным структурам уже оказываются в хорошей корреляции с наблюдаемыми статистическими данными, которые представлены в таблице 1. В этой таблице «плюсами» обозначена полученная нами конкретная предпочтительность аминокислот.

Согласно таблице, радикалы, выделенные нами двумя плюсами, соответствуют аминокислотам, которые проявили наибольшую «активность» в формирован!™ определенных вторичных структур пептидов. Так что на уровне монопептидов а-спиральными можно считать - аспартат, аспарагин, глютамат, глютамин и цистеин, а р-фильными - серин и треонин. На уровне дипептидов количество а-спиральных «предпочтений» становится больше. К уже имеющимся на уровне монопептидов здесь добавляются лизин, гистидин, лейцин и метионин. К р-фильным добавился аланин.

Рис.Ю. РМЗ рассчитанные, наиболее стабильные структуры дипептида лизина, согласно картине карты Рамачандрана <р1(|/|."

а) конформер области a-спирали (выгоднее Р-слоя на 3 ккал/моль),

б) конформер области Р-слоя.

Таблица 1. Сравнение статистических данных педпочтительных форм аминокислот с результатами РМЗ анализа.

В столбцах II, III и IV цифрами указана наблюдаемая встречаемость аминокислот во вторичных структурах: (nijAXjJ/fm^/Mt.,). где ri¡j - определенная аминокислота; N(i - общее число аминокислот; т^ - определенный тип вторичной структуры; Мь - общее число вторичных структур. Плюсами отмечены результаты РМЗ расчета, цифрами - статистические данные из литературы (Huang Ji-T., Tian J 2006)_

аминокислота спираль a слой e Поворот Монопептид а-спираль В-слой Дипептид а-спираль В-слой

: Ala 1.25- OS r 0.78

Arg 0.99 1.02 0.88 г •

: Asn г.......w 0.86 :.......1-28..........] Щ/ЯЩ

Asp 1.03 1 0.74 L.....1'IL.......J

: Cys 1 1.12 0.85 0.80 ? i

Gin 1 i;i 0.82 0.97 if

: ей 0.65 1.00 Hi jji ■ **

eiy 0.57 0.93 1.64

His 1.25 ' : w 0.69 1

lie 0.94 1.41 0.51

Leu 1.32 1.03 0.59 щ <

Lys Г ¿24 1 0.81 0.96

Met 1.43 0.99 0.39 SHll!

Plie 1.08 1.22 0.58

Pro 0.60 0.71 1.91 §M|<%:;

Ser 0.82 I О-« : j...............133.............] ! ++ J **

Thr .. 0.81 iLiJ—J I 1.03 1 it

Trp i: юз 1.15 0.75 ■f ■

•Туг 0.75 1.25 1.05 >

Val 0.88 1.48 0.47

Олигопептиды.

Следующим шагом нашей работы явилась оценка поведения предпочтительности вторичных структур в более протяженных пептидах, состоящих из 8 аминокислот.

Решалась задача о возможности сохранения тенденции к спирализации у олигопептида с удлинением цепи до 8 аминокислотных остатков. С этой целью были выполнены квантово-химические РМЗ расчеты октапептид состава: А1а-1,еи-Тгр-А1а-А1а-Тгр-Ьех1-А1а (в однобуквенном коде - это АЬЖААШЛА). Оценивался вклад различного типа нековалентных связываний в результирующую информацию олигопептида.

Расчет показал, что в данном олигопептиде теплота образования а-спирали составляет -335,20 Ккал/моль, в то время как теплота образования (3-формы лежит в районе -329,46 Ккал/моль. То есть «спираль» почти на 6 ккал/моль оказывается наиболее устойчивым конформером по отношению к альтернативной, р-форме этого пептида. Обратившись к конкретному пространственному строению этого конформера, стала понятной причина такого преимущества. В данном пептидном образовании, как оказалось, значительную роль в формирование структуры глобального минимума энергии сыграло появление между лейцином и триптофаном внутримолекулярных нековалентных связей. Поскольку энергия таких связываний имеет порядок ~ 2-5 ккал/моль, то их суммарный вклад стал достаточным для компенсации торсионной

перестройки молекулярного остова из исходно «вытянутой» формы в форму структуры а-спирали.

В самих структурах, как показал расчет, наблюдаются значительные вариации торсионных параметров по дайне цепи для каждого пептидного звена, также довольно большие углы наклона, доходящие до ±30° N-H связей в ту или другую сторону относительно плоскости 0=С-N во всех пептидных группах. При этом средние значения остовных двугранных углов ср и у остаются в областях значений параметров, характерных для классических а- и р-форм.

Таким образом, конформационный квантово-химический РМЗ анализ относительно коротких олигопептидов показал, что торсионная лабильность пептидных групп цепи и возможность образования слабых внутримолекулярных нековалентных связей (в том числе и водородных связен) выступают важнейшими структурными факторами в предпочтительной организации остовом аминокислотной последовательности того или иного вцда вторичной структуры. Однако, факт появления дополнительных, нековалентных связываний в структуре олигопептида оказывается необходимым, но не всегда достаточным условием для формирования такой предпочтительности. Естественным становится учет дополнительного влияния ближайшего окружения, а также эффектов среды на организацию этого процесса. Влияние молекул связанной воды па структурную организацию пептидов. 1.Влияние водородных связей и молекул связанной воды на исходную бистабильность пептидной группы в простейших амидах.

Выше мы отмечали, что торсионная лабильность 0=C-NH группы в структуре олигопептидов и белков отличается широкой амплитудой внеплоскостных колебаний атома водорода N-H связи около положения равновесия. Причем они оказываются в значительной зависимости от ближайшего окружения. Эта особенность пептидной группы указывает на потенциальную возможность проявления других возмущаюшцх факторов, например гидратации, в организации ее равновесной геометрии. Вполне вероятно, что повышенная чувствительность 0=C-NH фрагмента к изменению гибридизации валентных связей в области атома азота может обусловливать наибольшую подверженность амидов в этом месте к нуклеофильным атакам, к катализации реакции гидролиза (Karplus М. el al. 2003), а также к активации процессов транс-цисс изомеризации вокруг C-N связей (Karplus М. et al. 1993). Поэтому, оценка относительных вкладов различных каналов водородного связывания N-метилацетамидов с водой и друг с другом в проявлении «пирамидализации» пептидной группы также имеет принципиальное значение.

В работе, в качестве примера, рассмотренны структурные перестройки связей атома азота XNH группы в ряду молекул аминов и амидов при их гидратации. Исследовалось влияние разных мест Н-связывания этих молекул с молекулой воды на протекание данного процесса. В аминах учитывалась гидратация по протоноакцепторному N--H0 каналу а) и по протонодонорному каналу b) NH--0. В случае амидов рассматривались три канала Н-связывания: а) - протоноакцепгорный N—HQ, Ь) - протонодонорный 0=CNH*"0H и с) протоноакцепторный с карбонильной группой OH—OCNH.

На рисунке 11 приведены рассчитанные методом PBELYP/6-311++G(d,p) изменения геометрических параметров непланарности XNH фрагмента (в виде суммы валентных углов вокруг атома N) в разных гидратированных структурах молекул ряда: бутиламине (ВА), диметшамине (DMA), метиламине (МА), аммиаке (А), виниламине (VA), этинамине (EtA), транс-Ы-метилацетамиде (NMAA), ацетамиде (AAJ, N-

метилформамиде(ЫМРА), формамида (РА). Ряд сформирован в порядке уменьшения степени основности, рКа, этих соединений.

Сумма углов вокруг азота £«А? (градусы}

360

зм

350 345 340 335 330 325 320

авода по каналу а в нова по каналу Ь а вода по каналу с

Рис.11. РВЕЬУР/6-311++0(с!,р) рассчитанное, с учетом базисных суперпозиционных поправок (В55Е), поведение энергии водородной связи, ДЕ&с, в РЯДУ изолированных комплексов молекул аминов и амидов с молекулой воды в трех разных вариантах Н-связывания: а- протоноакцепторный канал №"НО, Ь- протонодонорный канал ЫН""0 и с- протоноакцепторный с карбонильной группой канал 0Н"*0=СЫН.

Как видно из рисунка, в наиболее важном для нас случае, случае гидратации Ы-метилацетамида (ЫМАА, он выделен кругом) два типа гидратирования, Ь- и с-, должны приводить к «выплащиванию» исходной геометрии 0=С-ЫН фрагмента. Это же оказывается справедливым и для других амидов. Однако, если учесть возможность участия атома азота в альтернативном, протоноакцепторном а-варнанте Н-связывания (N•••110), то этот канал связывания способен дать, наоборот, резкое увеличение непланарности пептидной группы в таком комплексе. Конкретно для транс-Ы-метилацетамида (ЫМАА), данный канал присоединения молекулы воды приводит к увеличению пирамидализации валентных связей азота до значений торсионных углов ¿ОСЫН=164° и ¿Х)СЫС'=130. То есть изменения здесь оказываются довольно значительными.

Аналогичный эффект увеличения непланарности при гидратировании по а-каналу остается справедливым и для других рассмотренных амидов, имеющих исходно почти плоскую структуру пептидной группы: ацетамида, Ы-метилформамида и формамида. Для них, как показывает РВЕЬУР/6-311++С(с1,р) расчет, увеличение наклона Ы-Н связи относительно плоскости ОСЫ при таком водородном связывании может доходить до 22°.

Таким образом, представленные результаты указывают, что изменение гибридизации валентного состояния атома азота при гидратировании (равно как и при де-гидратировании) амидов является еще одной особенностью структурной лабильности пептидной группы и этот эффект обязательно нужно учитывать при описании организации структуры любого амида в условиях среды.

^.Термодинамическая роль связанной воды в формировании устойчивых форм вторичных структур дипептида лнзипа.

Важным шагом при исследовании связанной воды являлось рассмотрение вопроса о том, какую роль может играть водное окружение в формировании термодинамической стабильности конформеров олигопептидов с внутримолекулярными нековалентными взаимодействиями. Необходимо было понять, стабилизирует или разрушает вода такого рода взаимодействия.

Объектом нашего исследования была выбрана молекула дипептида лизина, отвечающая двум структурам, а-спиралыюй и р-слоистой конформациям, с нейтральными ЫН^-группами на концах аминокислотных радикалов. Как известно га экспериментальных данных, полилизин при определенных условия в среде имеет форму а-спирали (Попов Е.М. 1997). Как было показано выше, в изолированной фазе а-спиральным дилизин реализуется благодаря нековалентным взаимодействиям радикалов друг с другом в дипептиде. Логичным было предположить, что в водном окружении такого рода взаимодействия не будут разрушаться. (В литературе это часто называют гидрофобным эффектом при уплотнении алифатических хвостов друг с другом в водном окружении).

Для оценки влияния связанной воды на устойчивость структуры дипептида лизина с «упорядоченными» хвостами боковых групп мы рассмотрели систему -дилизин + вода, постепенно увеличивая количество молекул от 1 до 40. Исследовалось изменение гиббсовой энергии а<->р перехода в структуре этого дипептида. Полученные результаты представлены на рисунке 12.

Рис.12. График изменения гиббсовой энергии перехода а-спирального и Р-структурного конформера дипептида лизинов при гидратации.

Как можно заключить из представленного графика, в начале процесса гидратации с увеличением воды до 20 - 25 молекул, происходит как бы эффект усиления нековалентных связей в «а-спиральной конформации» дипептида лизина, до 6,5 ккал/моль на весь комплекс молекул. Дальнейшее увеличение воды ведет лишь к некоторому уменьшению разницы в энергии между а-спиральным и р-структурным комплексами воды.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Исследование особенностей электронной структуры отдельных аминокислот, коротких пептидов, а также анализ поведения таких молекул является важной фундаментальной задачей, которая может успешно решаться с помощью современных методов компьютерного молекулярного моделирования.

Найдена причина появления непланарности пептидной группы в пептидах и белках. Впервые показан важный вклад этой непланарности в инициировании а«-*р перестроек молекулярного остова моно- и дипептидов.

На примере moho- и дипептидов показана возможность формирования устойчивых водородных и нековалентных, С-Н - Н-С связей аминокислотных остатков с остовом пептидных молекул и друг с другой. Обоснована ключевая роль таких внутримолекулярных взаимодействий в инициировании формирования a-спиральных и ß-структурных конформеров.

Впервые показана роль водного окружения при формировании непланарности пептидной группы в простейших модельных молекулах (амиды и монопептиды). Было установлено, что связанная вода через протоноакцепторный HN ■ НО канал может увеличивать «пирамидализацгао» структуры OC-N-H ■ фрагментов в пептидах, способствуя направленному изгибу пептидного остова молекул. Кроме того, это гидратное окружение может усиливать термодинамическую стабильность а-спиральных и ß-структурных конформаций дипептидов, при наличии у них внутримолекулярных нековалентных связей.

Детальный анализ специфики электронного строения моно- и дипептидов аминокислотных остатков позволили обосновать ключевую роль боковых групп аминокислот не только в сталибизации структуры альфа-спиралей, но и в ускорении этого процесса. На основе полученных результатов удалось уточнить существующий механизм начала формирования латнвности в полипептидной цепи.

ВЫВОДЫ

1. Высокая торсионная лабильность пептидной группы и возможность образования внутримолекулярных нековалентных связей являются важнейшими инициирующими факторами организации вторичных структур moho-, ди- и некоторых олигопептидов.

2. Гидратация усиливает нековалентные внутримолекулярные обменные взаимодействия аминокислотных остатков в моно- и дипептидах.

3. Водное окружение при определенных условиях увеличивает неплоский характер пептидной группы, облегчая тем самым формирование остовом олигопептида наиболее термодинамически устойчивых структур.

4. Найдена причина появления непланарности пептидной группы в пептидах и белках. Впервые показан важный вклад этой непланарности в инициировании а<->Р перестроек молекулярного остова моно- и дипептидов.

ПУБЛИКАЦИИ

1. Kondratyev M.S., Samchenko A.A.. Kabanov A.V.. Komarov V.M. "Computer-Aided Pathway to Increasing the Thermostability of Small Proteins" // J.Biomol.Struct.&Dyn., 2011, V.28 (6) P. 1021-1023.

2. Кондратьев M.C., Самченко A.A., Кабанов A.B., Комаров В.М., Хечинашвили H.H. "Опыт применения настольных суперкомпьютеров в структурно-динамических исследованиях малых белков" // Биофизика, 2011, т. 56 (6) Стр. 1045-1052

3. Самченко A.A., Кабанов A.B., Комаров В.М. "О возможном влиянии разных путей связывания амидов с водой молекул на «пирамидализацию» валентных связей азота пептидных групп" // Биофизика, 2010, т.55, с. 197-206.

4. Самченко A.A., Кабанов A.B., Комаров В.М. "Торсионная Лабильность 0=C-N-H Фрагмента В Одиночных Молекулах Дипептидов L-Аминокислот" // Биофизика, 2007, т. 52, с.209-215.

5. Kondratyev M.S., Samchenko A.A., Kabanov A. V., Komarov V.M. "Aspartic and Giutamic Acids are Important for Alpha-helix Folding" // J.Biomol.Struct.&Dyn., 2007, v.24, p.756.

6. Самченко A.A.. Кабанов A.B., Комаров В.М. "Бистабилыюсть неплоской формы пептидной группы в структуре дипептидов L-аминокислот" // Математика.Компыотер.Образование., 2007, т.14(2) с. 291 - 304.

7 Самченко А.А.. Кондратьев М.С.. Кабанов А.В., Комаров В.М. «О непланарности 0=C-N-H группы з одиночных амидах и дипептидах L-аминокислот». // Математика.Компьютер.Образование. 13(2), 453-464 ( 2006)

8. Кондратьев М.С., Самченко А.А.. Кабанов А.В., Комаров В.М. "Сравнительный конформационный анализ вращательных изомерных форм свободных метиламидов Ы-ацстил-а-Ь-амино кислот" // Математика.Компьютер. Образование., 2006, т.13(2), с. 443-452.

9 Кондратьев М.С., Комаров В.М., Самченко А.А.. Кабанов А.В. «Некоторые аспекты структуры и конформационной лабильности L-аминокислот и модельных олигопептидов». // Математика. Компьютер. Образование. 12(3), 899-916 (2005)

10. В.М. Комаров, А.А.Самченко, М.С. Кондратьев, А.В.Кабанов «Особенности

формирования водородных связей в спиральных структурах олигопептидов» Тезисы XVII Международная конференция "Математика.Компыотер. Образование". Дубна, 25-30 января 2010, т. 17. с. 244.

11. Самченко А.А.. Кабанов А.В., Комаров В.М. «Полуэмпирическое РМЗ

исследование изменения энергетических барьеров а-спиральных конформационных состояний в р- структурные, при вращении аминокислотных остатков вокруг Са-СЬ связи во всех возможных монопептидах». XIV Международная Пущинская школа-конференция молодых ученых. «Биология -наука XXI века. Пущино, 19-23 апреля, 2010, Тезисы. Стр. 290

12. Самченко А.А.. Кабанов А.В., Комаров В.М. " Дуализм поведения N-H группы в формировании водородных связей с водой простейшими аминопроизводными" // Тезисы XVI Международной конференции «Математика. Компьютер. Образование.» 19-24 января, 2009, Пущино, т.16, с.289.

13. Самченко А.А.. Кабанов А.В., Комаров В.М. "Внутренний полиморфизм пептидной группы в организации вторичной структуры коротких олигопептидов" // Тезисы XIV Симпозиума по межмолекулярным взаимодействиям и конформациям молекул, 15 -21 июня, 2008, Челябинск, (сборник тезисов), с. 139.

14. Самченко А.А.. Кабанов А.В., Комаров В.М. "N- и С-концевые эффекты аминокислот в организации вторичной структуры олигопептидов" // Тезисы XV Международной конференции «Математика.Компьютер. Образование.», 28 января - 2 февраля, 2008, Пущино, т. 15, с.211.

15. Самченко А.А., Кабанов А.В., Комаров В.М. "Бнстабильность неплоской формы пептидной группы в структуре дипептидов L-аминокислот" // Тезисы XIV Международной конференции «Математика.Компьютер. Образование.», 22-27 января, 2007, Пущино, т.14, с. 183.

16. Самченко А.А.. Кабанов А.В., Комаров В.М. " Бнстабильность неплоской формы пептидной группы и ее роль в структурной организации дипептидов L-аминокислот" // Тезис III Российского симпозиума «Белки и пептиды», 16-21 сентября, 2007, ПупЬшо, с.29.

17. Кондратьев М.С., Самченко A.A.. Кабанов A.B., Комаров В.М. "Что является инициирующим началом а-спирали?" // Тезисы X Международной Пущинской школы-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века», 17 - 21 апреля, 2006, Пущино, (сборник тезисов), с.23.

18. Самченко A.A.. Кондратьев М.С., Кабанов A.B., Комаров В.М. " О непланарности 0=C-N-H группы в одиночных амидах и дипептидах L-аминокислот" // Тезисы XIII Международной конференции «МатематикаКомпьютер. Образование.», 23 - 28 января, 2006, Дубна, т. 13, с.228.

19. Кондратьев М.С., Самченко A.A.. Кабанов A.B., Комаров В.М. "Сравнительный информационный анализ вращательных изомерных форм свободных метиламидов Ы-ацетил-а-Ь-аминокислот" // Тезисы XIII Международной конференции «Математика.Компьютер. Образование.», 23 - 28 января, 2006, Дубна, т.13, с.217.

20. Кондратьев М.С., Самченко A.A., Кабанов A.B., Комаров В.М. "Структурные особенности монопептидов, тяготеющих к спиральной организации аминокислотных последовательностей" // Тезисы ХШ Симпозиума по межмолекулярным взаимодействиям и конформациям молекул, 19-23 июня, 2006, Санкт-Петербург, (сборник тезисов), с. 175.

21. Самченко A.A., Кондратьев М.С., Кабанов A.B., Комаров В.М. "Торсионная лабильность 0=C-N-H фрагмента в одиночных молекулах дипептидов L-аминокислот" // Тезисы XIII Симпозиума по межмолекулярным взаимодействиям и конформациям молекул, 19 - 23 июня, 2006, Санкт-Петербург, (сборник тезисов), с.176.

22. Самченко A.A.. Кондратьев М.С., Кабанов A.B., Комаров В.М. "Роль полиморфизма непланарности 0=C-N-H группы в структурной организации дипептидов L-аминокислот " // Тезисы X Международной Пущинской школы-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века», 17-21 апреля, 2006, Пущино, (сборник тезисов), с.45.

23. Кондратьев М.С., Самченко A.A., Кабанов A.B., Комаров В.М. "Некоторые аспекты структуры и конформационной лабильности L-аминокислот и модельных олигопептидов" // Тезисы XII Международной конференции «Математика.Компьютер.Образование.», 17 - 22 января, 2005, Пущино, т. 12, с.192.

24. Кондратьев М.С., Самченко A.A., Кабанов A.B., Комаров В.М. "Конформационная лабильность природных L-аминокислот и некоторых олигопептидов в изолированном состоянии и в воде" // Тезисы IX Международной Пущинской школы-конференции молодых ученых «Биология -наука XXI века», 18 - 22 апреля, 2005, Пущино, (сборник тезисов), с.31.

Подписано в печать:

05.12.2011

Заказ № 6376 Тираж -100 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш„ 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Самченко, Александр Анатольевич

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы

Цель и задачи исследования

Научная новизна работы

Практическая значимость работы

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

§ 1. Эволюция представлений о структуре белков (типы вторичных структур, основные пространственные формы белков)

§ 2. Постулат Л.Полинга и Р.Кори о структуре пептидной группы

§ 3. Торсионная лабильность пептидной группы в амидах.

§ 4. Взаимодействие аминокислотных остатков с пептидными группами и друг с другом в структуре олигопептидов и белков

§ 5. Роль водного окружения в фолдинге пептидов и белков

§ 6. Гидрофобные и электростатические взаимодействия в белках.

МЕТОДЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ ХИМИИ

§ 1. Методы компьютерного моделирования

§ 2. Методы молекулярной механики

§ 3. Методы, основанные на представлениях молекулярных орбиталей а) Основные положения теории молекулярных орбиталей б) Полуэмпирические квантово-химические методы расчетов в) Неэмпирические (ab initio) квантово-химические методы г) Смешанные «гибридные» QM/MM - методы

§ 4. Обоснование выбора методики расчетов

§ 5. Детали расчетов

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Глава I. Торсионная лабильность пептидной группы в простейших модельных молекулах амидов.

Глава II. Исследование зарождения «нативности» регулярной структуры аминокислотной последовательности на примере структурообразования моно- и дипептидов.

§ 1. Новый взгляд на карты Рамачандрана. Влияние непланарности пептидной группы и внутримолекулярной водородной связи на структурную организацию монопептидов.

§1.1. Монопептиды глицина, пролина и аланина

§ 1.2. Монопептиды 17 других природных метиламид-И-ацетил-Ьаминокислот

§ 2. Вклад N- и С- концевых эффектов в структурный полиморфизм пептидной группы.

§ 3. Особенности формирования карт Рамачандрана дипептидов природных аминокислот (метиламид-Ы-ацетил-ди-Ь-аминокислот).

§ 4. Оценка вклада нековалентных внутримолекулярных взаимодействий в организацию вторичной структуры олигопептидов.

Глава III. Влияние молекул связанной воды на структурную организацию пептидов

§ 1. Влияние водородных связей и молекул связанной воды на исходную бистабильность пептидной группы в простейших амидах

§ 2. Термодинамическая роль связанной воды в формировании устойчивых форм вторичных структур дипептида лизина

Введение Диссертация по биологии, на тему "Торсионная лабильность пептидной группы в организации α- и β-вторичных структур олигопептидов. Квантово-химический анализ"

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ:

Исследование механизмов сворачивания полипептидных цепей в нативную структуру, остается одной из фундаментальных проблем физико-химической биологии.

В настоящий момент существует большое количество теорий фолдинга белков (теория каркасной модели [1,2], теория гидрофобного коллапса [3-5], теория нуклеации-конденсации [6,7] и другие), однако нет единой точки зрения, в какой момент времени происходит фолдинг - котрансляционно [8,9] или посттрансляционно [10]. Несмотря на противоречивость этих высказываний, они все основаны на том, что информации, содержащейся в линейных полимерах аминокислот, вполне достаточно для формирования трехмерных структур. При этом существует два взгляда на образование нативных конформаций белков: кинетический - векторная природа биосинтеза белка (синтез от 14- к С-концу белка, что позволяет избегать «кинетических ловушек», лимитирующих скорость ренатурации у больших белков) [11], термодинамический - минимизация энергии полипептидной цепи (достижение развернутой полипептидной цепью наиболее термодинамически стабильного конформационного состояния молекулы, которым характеризуется нативная структура) [12]. Большинство исследователей направляют свои силы в основном на изучение укладки уже сформированных вторичных образований в нативные пептиды и белки, нет четкого видения необходимости исследования механизма начальной стадии организации регулярной структуры полипептидных цепей. Считается, что вторичные структуры формируются путем минимизации общей энергии определенных аминокислотных последовательностей.

Как следствие, в настоящее время различные методики предсказывания структур белков и пептидов работают, максимум на 60%, что, конечно же, является не вполне удовлетворительным результатом. С помощью таких методик довольно сложно моделировать различные биомолекулы (в том числе и лекарственные препараты) с «нужными» для исследователей свойствами.

На наш взгляд изучение механизма фолдинга белков необходимо начинать с истоков. А именно, с аминокислотной последовательности и того, как олигопептидная цепь приобретает сперва вторичную, а затем и третичную структуры.

Выявление факторов способствующих формированию «нативности» в пептидах одна из основных задач на данном этапе работы. Эти исследования остаются до сих пор актуальными для понимания процессов формирования полипептидов и белков. Четкое решение этого вопроса тормозит как наличие большого разнообразия самих аминокислот, так и встречаемое большое количество видов самих вторичных структур, таких как например: 27-спираль, Зю-спираль, я-спираль, а-спираль, Р-поворот, параллельные и антипараллельные Р-слои, помимо этого, существуют как левые, так и правые изомерные формы этих образований. Также не совсем понятно, какой конец полипептидной цепи является доминирующим (1М- или С-конец) в процессе формирования нативной структуры в клетке.

Положение о том, что полипептиды - это последовательность аминокислот соединенных пептидной группой, было выдвинуто известным немецким химиком органиком Э.Г.Фишером уже в конце 19-го века [13, стр.353]. Впоследствии это положение назвали пептидной теорией Фишера. Вторичные структуры были открыты значительно позже, началом послужило открытие спиралей в 1942г. Р.Хаггинсом с соавторами [14,15]. Наибольший резонанс исследований вторичных структур вызвали работы Л.Полинга с соавторами в 1951г., где были сформулированы постулаты к обобщенной теории строения белковых полимеров, в том числе и постулат о плоском строении пептидной группы, которым пользуются и поныне [16-18]. Было выдвинуто предположение о том, что вторичные структуры образуются, в общем случае, в результате изменения ср, у и со-углов внутри пептидов (рис.1).

Рис. 1. Дипептид аланина, стрелками указаны двугранные углы ср, у и со, отвечающие за формирование вторичных структур пептидов и белков.

Введение постулата плоскостного строения пептидной группы позволило существенно упростить теоретический анализ белков и построение вторичных структур, поскольку вместо вариаций трех углов ф, у и со, в моделировании фактически можно было использовать только два торсионных угла - ф и у, а угол со приравнивать либо 0°, либо 180°. Это можно было обосновать тем, что барьер вращения вокруг полуторной связи, которой (в свете постулата) обладает пептидная группа ОС - NH, составляет примерно 18 Ккал/моль, что практически невозможно реализовать с точки зрения термодинамики связей в такого типа соединениях [12].

Используя введенное упрощение, были исследованы MOHO-, ди- и трипептиды всех встречающихся в природе 20 L-аминокислот [19-24]. Были построены конформационные карты Рамачандрана этих структур. Согласно данному подходу, в рамках представлений молекулярной механики каждому аминокислотному остатку сопоставима пара торсионных углов ф и у при Са-атоме на графике поверхности потенциальной энергии. Считается, что в структуре белков могут наблюдаться только значения углов ф и у, обеспечивающие наименьшее отталкивание между боковыми группами аминокислотной последовательности. Возникающие «разрешенные» и «запрещенные», зоны значений торсионных углов позволяют таким образом выделять аминокислоты, исходно тяготеющие к образованию тех или иных типов вторичных структур: а-спиральных, р-слоистых или р-петлевых структур. Были выявлены области структурирования углов ф и \|/, соответствующих а-спиралям и р-слоям на этих картах. Выполненные в таком ключе работы Рамачандрана с соавторами [19-20] с вполне завершенными результатами дали многим ученым основание полагать, что дальнейшее детальное изучение структурообразования вторичных форм олигопептидов не является столь актуальным, по сравнению с важностью исследования механизма фолдинга белков в целом на базе уже сформировавшихся вторичных форм.

Вторая половина 20го века, является временем открытия квантовой теории строения вещества. Стали появляться более точные методы исследования и моделирования различных молекул. Из них такие, как экспериментальные (ИК-, Раман-, оптические спектроскопические методы, кристаллографические, электроно- и нейтронографические методы, метод ядерного магнитного резонанса и др.), так и теоретические методы (методы молекулярной механики и динамики, полуэмпирические и ab initio квантово-механические методы, разные гибридные схемы) позволили исследователям выявить большое количество разнообразных структур природных пептидов, из которых впоследствии были получены эффективные лекарственные препараты. Многие точки зрения на физику строения молекул были пересмотрены. Однако, не смотря на это, некоторые основные постулаты и представления теории строения белков оказались нетронутыми.

Одним из таких моментов остается тезис о планарности исходного строения основного элемента полипептидных цепочек - пептидного фрагмента 0=C'-NH.

Если мы обратим внимание на исследования в области структурной организации природных аминов и амидов, то обнаружим, что наиболее изученными оказываются производные молекул формамида, трансметилацетамида, которые являются простейшими моделями пептидной группы. В литературе сейчас уже можно найти убедительные доказательства (микроволновые спектроскопические данные Р.Брауна с соавторами [25]) того, что молекула формамида, например, только в среднем может считаться плоской структурой. Здесь, основное состояние молекулы, характеризуется широкоампитудной подвижкой атомов водорода ИНг-группы около положения равновесия. Причем наклон ИНг-плоскости относительно ОС'И плоскости молекулы на значительные углы, вплоть до ±40°, сопровождается лишь, весьма небольшими потерями энергии, менее 1 ккал/моль.

Что касается более сложных соединений, типа метилацетамидов, то здесь, структурные исследования выявляют уже заметный двуямный характер профиля поверхности полной энергии молекулы, с предпочтительным наклоном N11С плоскости относительно плоскости ОС'14. Реализуются два симметричных конформера, отвечающие двум минимумам энергии молекулы, в которых пептидная группа не является плоской. Что говорит об особенностях организации электронной структуры этого фрагмента.

Наиболее наглядно эти особенности проиллюстрируются сравнением относительных изменений парциальных зарядов на атомах О, С', N и Н пептидной группы в ряду простейших амидов, при переходе от формамида к диметилацетамиду и далее - к монопептиду аланина, рассчитанных нами квантово-химическим методом РМЗ и представленными в таб.1.

Из таблицы хорошо видно, что как индексы электронной структуры (изменения парциальных зарядов на атомах, |Аях|) пептидного фрагмента 0=С'-1ЧН, так и его предпочтительная конформация (степень непланарности, характеризуемая углом (3) испытывают сильное влияние соседних групп. При этом, замена атомов водорода даже простейшими, метальными радикалами уже оказывается достаточной для резкого перераспределения (доходящего до 80%) электронных плотностей на атомах амидной группы и, соответственно, для существенного изменения её равновесной конфигурации.

Таблица 1. РМЗ рассчитанные парциальные заряды (яХ), изменения парциальных зарядов (|АяХ|) на атомах пептидной группы 0=С'-МН, а также изменения угла наклона (3 плоскости 112-14-Н относительно плоскости 0=С'-N в ряду производных молекулы формамида и в монопептиде аланина.

Молекулы Ро ІАЧоІ (%) Яс ІДРсІ (%) ІДЧмІ (%) Чн ІАЧнІ (%) Угол непланарности |5 формамид -0.395 0% 0.221 0% -0.038 0% 0.057 0% ~0° транс- метил-формамид -0.380 3.7% 0.236 6.5% -0.070 84% 0.075 31% 21° ацетамид -0.384 2.7% 0.221 0% -0.016 57% 0.052 10% 24° метила цетам ид -0.375 5.1% 0.237 7.0% -0.050 33% 0.072 25% 26° монопептид аланина (1Ч-концевая пептидная группа) -0.381 3.6% 0.250 13.0% -0.041 9% 0.091 58% 26° монопептид аланина (С-концевая пептидная группа) -0.391 1% 0.210 5.1% -0.023 40% 0.079 38% 17°

Возникающий эффект, таким образом, вполне может рассматриваться в качестве инициирующего момента зависимости уникальной геометрии молекулярного остова любого монопептида от природы составляющих его боковых групп.

Данные результаты не согласуются с бытующим представлением о жесткой структуре пептидных групп. Но, в то же время, они очень хорошо объясняют появление большого количества гош-конформационных состояний в пептидах и белках. Ведь, таким образом, легче реализовать наклон ТЧНС плоскости относительно плоскости ОСЫ, затратив при этом около 1 ккал/моль, нежели произвести взаимный развоворот этих плоскостей с затратой 18 Ккал/моль, о чем было упомянуто раньше.

Практически мало кто обращал внимание на необходимость исследования процесса формирования вторичных структур из аминокислотных последовательностей именно с этих позиций, с учетом высокой торсионной лабильности их исходных пептидных групп как специфики лабильности их электронной структуры.

Кроме того, если обратится к имеющимся экспериментальным данным, то необходимым оказывается аналогичный учет влияния других, тоже «тонких» взаимодействий аминокислотных остатков друг с другом, например невалентных взаимодействий, на этот процесс. Ну и, наконец, поскольку фолдинг олигопептидов происходят в реальной клеточной среде, то естественно нельзя оставлять без внимания оценку вклада хотя бы ближайшего гидратного окружения пептидных групп в механизм организации вторичных структур.

Анализируя, в целом, накопленные к настоящему экспериментальные данные, можно выделить следующие важные несоответствия в существующих исходных постулатах: во-первых - наблюдаемое широкое колоколообразное, а не узкое, распределение углов со с существованием большого количества гош-конформеров пептидных групп в базах данных белков [26, 27]. На наш взгляд это скорее объясняется не «выгодностью» поворота вокруг С'—N связи на некоторый угол со, как многие полагают, а наклоном плоскости ]ЧНСа на угол Р, относительно остова пептидной группы. Потери в энергии при этом оказываются всего лишь около 1 ккал/моль; во-вторых - наблюдаемый разный радиус кривизны экспериментальной и теоретически полученной а-спирали у олигопептидов [28]. У теоретической а-спирали радиус кривизны больше, из-за использования в построениях именно постулата жесткого плоского строения пептидной группы; в-третьих - наблюдаемое довольно большое, порядка 10 -15 , отклонение от линейности геометрии С=0-Н-1Ч водородного связывания пептидных групп, в варианте их планарной модели строения в структуре белков. Другими словами, жесткая пептидная группа не позволяет атому водорода связи М-Н гибко подстроиться под энергетически выгодную структуру водородной связи [29].

Все это дает нам основание заключить:

- для корректного исследования механизмов фолдинга белков, важно не только исходное знание величин двугранных углов ф и \|/ различных областей вторичных структур на карте Рамачандрана, но и более глубокое понимание лимитирующих физических факторов в организации канонической конформации конкретных монопептидов, в регуляризации пространственных форм олигопептидных цепочек.

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ:

Цели:

1. Обоснование немаловажной роли структурной лабильности пептидной группы в формировании и стабилизации остовных углов ср- и играющих особое значение в организации вторичных форм. Задачами цели являлись:

• Обоснование существования высокой торсионной лабильности пептидной группы в простейших модельных молекулах амидов, таких как - формамид, ацетамид, трансметилацетамид и других.

• Исследование формирования полиморфизма непланарности пептидной группы в модельных и экспериментальных моно- и дипептидах.

• Исследование формирования «разрешенных» областей значений ф- и v|/- углов, опираясь на полученные данные о полиморфизме пептидной группы в моно- и дипептидах.

2. Выявление роли взаимной ориентации и взаимодействия «хвостов» аминокислотных остатков на инициацию формирования вторичных структур в пептидах и белках.

Задачей цели являлось:

• Исследование особенностей влияния невалентных взаимодействия аминокислотных «хвостов» боковых групп друг с другом и с остовом молекулы в модельных и экспериментальных моно- и дипептидах на термодинамические характеристики молекул.

3. Установление роли водного окружения на формирование вторичных структур олигопептидов.

Задачами цели являлись:

• Изучение особенностей влияния связанной воды на изменение непланарности пептидного фрагмента 0=C'-NH в простейших моделях гидратированных форм пептидных групп (амиды, моно-и дипептиды).

• Исследование влияния водного окружения на термодинамическую стабилизацию вторичных структур в моно-и дипептидах.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ.

На основе современных полуэмпирических РМЗ квантово-химических расчетов впервые показано, что торсионная лабильность пептидной группы -есть изначальное, внутреннее свойство самой пептидной группы. Это свойство инициирует структурный полиморфизм молекулярного остова олигопептидов и белков (из-за расширения и структуризации диапазона «разрешенных» значений двугранных углов ф и у в конформационном пространстве монопептидов) с его сильной зависимостью от природы аминокислотных остатков в цепи. В работе выявлено: а) неплоское строение пептидной группы в структуре большинства изолированных моно- и дипептидов; б) существование зависимости параметров непланарности пептидной группы от структуры конкретных ротамерных форм аминокислотных «хвостов» в моно- и дипептидах; в) значительное влияние связанной воды на «пирамидализацию» пептидной группы в простейших модельных молекулах, таких как амиды, моно- и дипептиды; г) влияние гидратного окружения на формирование вторичных структур в дипептидах.

В результате полуэмпирических расчетов дано обоснование существенного влияния нековалентных внутримолекулярных (типа гидрофобных) взаимодействий на процесс стабилизации тех или иных вторичных структур в моно- и дипептидах.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Заключение Диссертация по теме "Биофизика", Самченко, Александр Анатольевич

Выводы:

1. Высокая торсионная лабильность пептидной группы и возможность образования внутримолекулярных нековалентных связей являются важнейшими инициирующими факторами организации вторичных структур MOHO-, ди- и некоторых олигопептидов.

4. Найдена причина появления непланарности пептидной группы в пептидах и белках. Впервые показан важный вклад этой непланарности в инициировании а<->р перестроек молекулярного остова моно- и дипептидов.

СПИСОК РАБОТ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Kondratyev M.S., Samchenko А.А., Kabanov A.V., Komarov V.M. "Computer-Aided Pathway to Increasing the Thermostability of Small Proteins" // J.Biomol.Struct.&Dyn., 2011, V.28 (6) P. 1021-1023.

2. Кондратьев M.C., Самченко A.A., Кабанов A.В., Комаров B.M., Хечинашвили H.H. "Опыт применения настольных суперкомпьютеров в структурно-динамических исследованиях малых белков" // Биофизика, 2011, т. 56 (6) Стр. 1045-1052.

3. Самченко А.А., Кабанов А.В., Комаров В.М. "О возможном влиянии разных путей связывания амидов с водой молекул на «пирамидализацию» валентных связей азота пептидных групп" // Биофизика, 2010, т.55, с. 197-206.

4. В.М. Комаров, А.А.Самченко, М.С. Кондратьев, А.В.Кабанов «Особенности формирования водородных связей в спиральных структурах олигопептидов» Тезисы XVII Международная конференция "Математика.Компьютер.Образование". Дубна, 25-30 января 2010, т. 17. с. 244.

5. Самченко А.А., Кабанов А.В., Комаров В.М. «Полуэмпирическое РМЗ исследование изменения энергетических барьеров а-спиральных конформационных состояний в Р-структурные, при вращении аминокислотных остатков вокруг Са-СЬ связи во всех возможных монопептидах». XIV Международная Пущинская школа-конференция молодых ученых. «Биология - наука XXI века. Пущино, 19-23 апреля, 2010, Тезисы. Стр. 290

6. Самченко А.А., Кабанов А.В., Комаров В.М. " Дуализм поведения N-H группы в формировании водородных связей с водой простейшими аминопроизводными" // Тезисы XVI Международной конференции «Математика.Компьютер. Образование.», 19 - 24 января, 2009, Пущино, т. 16, с.289.

7. Самченко А.А., Кабанов А.В., Комаров В.М. "Внутренний полиморфизм пептидной группы в организации вторичной структуры коротких олигопептидов" // Тезисы XIV Симпозиума по межмолекулярным взаимодействиям и конформациям молекул, 15 - 21 июня, 2008, Челябинск, (сборник тезисов), с. 139.

8. Самченко А.А., Кабанов А.В., Комаров В.М. "N- и С-концевые эффекты аминокислот в организации вторичной структуры олигопептидов" // Тезисы XV Международной конференции «Математика.Компьютер. Образование.», 28 января - 2 февраля, 2008, Пущино, т. 15, с.211.

9. Самченко А.А., Кабанов А.В., Комаров В.М. "Торсионная Лабильность 0=C-N-H Фрагмента В Одиночных Молекулах Дипептидов L-Аминокислот" // Биофизика, 2007, т.52, с.209-215.

10. Kondratyev M.S., Samchenko А.А., Kabanov A.V., Komarov V.M."Aspartic and Glutamic Acids are Important for Alpha-helix Folding" // J.Biomol.Struct.&Dyn., 2007, v.24, p.756.

11. Самченко A.A., Кабанов A.B., Комаров В.М. "Бистабильность неплоской формы пептидной группы в структуре дипептидов L-аминокислот" // Тезисы XIV Международной конференции «Математика.Компьютер. Образование.», 22 - 27 января, 2007, Пущино, т.14, с.183.

12. Самченко A.A., Кабанов A.B., Комаров В.М. " Бистабильность неплоской формы пептидной группы и ее роль в структурной организации дипептидов L-аминокислот" // Тезис III Российского симпозиума «Белки и пептиды», 16-21 сентября, 2007, Пущино, с.29.

13. Самченко A.A., Кабанов A.B., Комаров В.М. "Бистабильность неплоской формы пептидной группы в структуре дипептидов L-аминокислот" // Математика.Компьютер.Образование., 2007, т. 14, с. 291 - 304.

14. Самченко A.A., Кондратьев М.С., Кабанов A.B., Комаров В.М. "О непланарности 0=C-N-H группы в одиночных амидах и дипептидах L-аминокислот" // Математика.Компьютер.Образование., 2006, т.13, с. 453464.

15. Кондратьев М.С., Самченко A.A., Кабанов A.B., Комаров В.М. "Сравнительный конформационный анализ вращательных изомерных форм свободных метиламидов ТЧ-ацетил-а-Ь-аминокислот" // Математика.Компьютер.Образование., 2006, т. 13, с. 443-452.

16. Кондратьев М.С., Самченко A.A., Кабанов A.B., Комаров В.М. "Что является инициирующим началом а-спирали?" // Тезисы X Международной Пущинской школы-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века», 17-21 апреля, 2006, Пущино, (сборник тезисов), с.23.

17. Самченко A.A., Кондратьев М.С., Кабанов A.B., Комаров В.М. " О непланарности 0=C-N-H группы в одиночных амидах и дипептидах L-аминокислот" // Тезисы XIII Международной конференции «Математика.Компьютер. Образование.», 23 - 28 января, 2006, Дубна, т.13, с.228.

18. Кондратьев М.С., Самченко A.A., Кабанов A.B., Комаров В.М. "Сравнительный конформационный анализ вращательных изомерных форм свободных метиламидов М-ацетил-а-Ь-аминокислот" // Тезисы XIII Международной конференции «Математика.Компьютер. Образование.», 23 - 28 января, 2006, Дубна, т.13, с.217.

19. Кондратьев М.С., Самченко A.A., Кабанов A.B., Комаров В.М. "Структурные особенности монопептидов, тяготеющих к спиральной организации аминокислотных последовательностей" // Тезисы XIII Симпозиума по межмолекулярным взаимодействиям и конформациям молекул, 19-23 июня, 2006, Санкт-Петербург, (сборник тезисов), с. 175.

20. Самченко A.A., Кондратьев М.С., Кабанов A.B., Комаров В.М. "Торсионная лабильность 0=C-N-H фрагмента в одиночных молекулах дипептидов L-аминокислот" // Тезисы XIII Симпозиума по межмолекулярным взаимодействиям и конформациям молекул, 19-23 июня, 2006, Санкт-Петербург, (сборник тезисов), с. 176.

21. Самченко A.A., Кондратьев М.С., Кабанов A.B., Комаров В.М. "Роль полиморфизма непланарности 0=C-N-H группы в структурной организации дипептидов L-аминокислот " // Тезисы X Международной Пущинской школы-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века», 17-21 апреля, 2006, Пущино, (сборник тезисов), с.45.

22. Кондратьев М.С., Комаров В.М., Самченко A.A., Кабанов A.B. «Некоторые аспекты структуры и конформационной лабильности L-аминокислот и модельных олигопептидов». // Математика. Компьютер. Образование. 12(3), 899-916 (2005)

23. Кондратьев М.С., Самченко A.A., Кабанов A.B., Комаров В.М. "Некоторые аспекты структуры и конформационной лабильности L-аминокислот и модельных олигопептидов" // Тезисы XII Международной конференции «Математика.Компьютер.Образование.», 17-22 января, 2005, Пущино, т. 12, с.192.

24. Кондратьев М.С., Самченко A.A., Кабанов A.B., Комаров В.М. "Конформационная лабильность природных L-аминокислот и некоторых олигопептидов в изолированном состоянии и в воде" // Тезисы IX Международной Пущинской школы-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века», 18-22 апреля, 2005, Пущино, (сборник тезисов), с.31.

Заключение.

Найдена причина появления непланарности пептидной группы в пептидах и белках. Впервые показан важный вклад этой непланарности в инициировании а<->р перестроек молекулярного остова моно- и дипептидов.

На примере моно- и дипептидов показана возможность формирования устойчивых водородных и нековалентных, С-Н"*Н-С связей аминокислотных остатков с остовом пептидных молекул и друг с другом. Обоснована ключевая роль таких внутримолекулярных взаимодействий в инициировании формирования a-спиральных и |3-структурных конформеров.

Впервые показана роль водного окружения при формировании непланарности пептидной группы в простейших модельных молекулах (амиды и монопептиды). Было установлено, что связанная вода через протоноакцепторный HN*"HO канал может увеличивать «пирамидализацию» структуры OC-N-H фрагментов в пептидах, способствуя направленному изгибу пептидного остова молекул. Кроме того, это гидратное окружение может усиливать термодинамическую стабильность а-спиральных и |3-структурных конформаций дипептидов, при наличии у них внутримолекулярных нековалентных связей .

Детальный анализ специфики электронного строения моно- и дипептидов аминокислотных остатков позволили обосновать ключевую роль боковых групп аминокислот не только в сталибизации структуры альфа-спиралей, но и в ускорении этого процесса. На основе полученных результатов удалось уточнить существующий механизм начала формирования нативности в полипептидной цепи.

Результаты проведённых теоретических исследований имеют большое значение как для понимания фундаментальных процессов сворачивания пептидов и белков, так и для рационального дизайна конструируемых биомакромолекул.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата физико-математических наук, Самченко, Александр Анатольевич, Пущино

1. Kim,P.S., and Baldwin,R.L. "Specific Intermediates in the Folding Reactions of Small Proteins and the Mechanism of Protein Folding" //Annu.Rev. Biochem., 1982 V.51, P.459-489.

2. Kim,P.S„ and Bald-win,R.L. "Intermediates in the Folding Reactions of Small Proteins" // Annu.Rev.Biochem., 1990, V.59, P.694-699.

3. Dill, K.A. "Theory for the folding and stability of globular proteins" // Biochemestry, 1985, V.24, P.1501-1509.

4. Dill, K.A. "Dominant forces in protein folding" // Biochemestry, 1990, V.29, P.7133-7155.

5. Dill, K.A. "The meaning of hydrophobicity" // Science, 1990, V.250, P.297-298.

6. Fersht, A.R. "Optimization of Rates of Protein Folding: The Nucleation-Condensation Mechanism and Its Implications" // Proc.Natl.Acad.Sci. USA, 1995, V.92, P.10869-10873.

7. Fersht, A.R. "Nucleation mechanisms in protein folding." // Curr.Opin.Struct.Biol., 1997, V.7, P.3-9.

8. B.A. Колб «Котрансляционное сворачивание белков». Молекулярная биология, 2001. том 35, №4. стр. 682-690.

9. М.А. Башаров «Котрансляционное сворачивание белков». Биохимия, 2000. том 65, вып. 12, стр. 1639-1644.

10. МА Башаров «Концепция посттрансляционного сворачивания белков: Насколько она реалистична?». Биохимия, 2000. том 65, вып. 10, стр. 1400-1408.

11. Jaenicke, R. "Protein folding: local structures, domains, subunits, and assemblies." // Biochemistry, 1991, V.30, P.3147-3161.

12. A.B. Финкилъштейн, О.Б. Птицин (2002) «Физика белка», Книжный дом «Университет», Москва.

13. Э.Фишер II Избранные труды. М.: Наука, 1979.

14. Huggins M.L. "X-Ray Studies of the Structure of Compounds of Biochemical Interest" // Annu. Rev. Biochem. 1942. V.l 1. P.27-50.

15. Pauling L„ Corey R.B. "Configurations of Polypeptide Chains With Favored Orientations Around Single Bonds: Two New Pleated Sheets." // Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 1951. V.37. P.729-740.

16. Pauling L., Corey R.B. "The polypeptide-chain configuration in hemoglobin and other globular proteins." // Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 1951. V.37. P.282-285.

17. Ramachandran G.N., Venkatachalam C.M., Krimm S. "Stereochemical criteria for polypeptide and protein chain conformations. 3. Helical and hydrogen-bonded polypeptide chains." // Biophys.J. 1966. V.6. P.849.

18. Ramachandran G.N, Ramakrishnan C., Sasisekharan. V. "Stereochemistry of polypeptide chain configurations." // J.Mol.Biol. 1963. V.7. P.95.

19. Shaitan K.V., Mukovskii A.Ya., Belyakov A.A., Saraikin S.S. "Statistical Distribution of Dipeptides in Protein Structure and Dynamic Properties of Certain Protein Fragments". // Biophysics (Transl. from Biofizika). 2000. V.45. P. 389-396.

20. Shaitan K.V., Beliakov A.A. "Molecular Dynamics of Oligopeptides. 4. Dynamic Features of Frequently and Rarely Occurring Dipeptide Fragments of Proteins."// Biophysics (Transl. from Biofizika). 2002. V.47. P.210-217.

21. Shaitan K.V., Ermolaeva M.D. Saraikin S.S. "Molecular dynamics of oligopeptides. 3. Free Energy Maps and Dynamic Correlations in Modyfied Dipeptide Molecules." // Biophysics (Transl. from Biofizika). 1999. V.44. P.14-17.

22. Brown R.D., Godfrey P.D., Kleibomer В. "The conformation of formamide" // J.Mol.Spectroscopy. 1987. V. 124. P. 34-45.

23. MacArthur, M. W.; Thornton, J.M. "Deviations from planarity of the peptide bond in peptides and proteins." // J.Mol.Biol. 1996, V. 264, P. 1180.

24. Carugo.O., "Incoherent relationship between torsion values and bonds lengths in atomic resolution protein crystal structures." // Acta.Chim.Slov. 2003, V. 50, P. 505.

25. AlanG. Walton "Polipeptides and protein structure." Elsevier NewYork 1981.-393 c.

26. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. "Биологическая химия." 1998, Москва «Медицина»

27. Taylor H.S. "Large Molecules Through Atomic Spectacles" // Proc. Amer. Philos. Soc. 1941. Vol. 85. P. 1—12.

28. Bragg L., Kendrew J.C., Peruti M.F. "Polypeptide Chain Configurations in Crystalline Proteins" // Proc. Roy. Soc. London A. 1950. Vol. 203. P. 321— 357.

29. ЪЪ-Pauling L., Corey R.B. "Atomic Coordinates and Structure Factors for Two Helical Configurations of Polypeptide Chains" //. Proc.Nat.Acad.Sci.USA. 1951. V.37. P. 235—240.

30. Pauling L., Corey R.B. "The Structure of Synthetic Polypeptides" //. Proc.Nat.Acad.Sci.USA. 1951. V.37. P. 241—250.

31. Pauling L., Corey R.B. "The Pleated Sheet, A New Layer Configuration of

32. Polypeptide Chains" //. Proc.Nat.Acad.Sci.USA. 1951. V.37. P. 251—256. 36 .Pauling L., Corey R.B. "The Structure of Feather Rachis Keratin" //. Proc.Nat.Acad.Sci.USA. 1951. V.37. P. 256—261.

33. Pauling L., Corey R.B. "The Structure of Hair, Muscle, and Related Proteins" II. Proc.Nat.Acad.Sci.USA. 1951. V.37. P. 261—271.

34. Pauling L., Corey R.B. "The Structure of Fibrous Proteins of the CollagenGelatin Group"//. Proc.Nat.Acad.Sci.USA. 1951. V.37. P. 272—281.

35. Linderstrom—Lang K.U. II "Proteins and enzymes." Stanford Univ. press, Stanford, Calif. 1952. P. 93—112. (Lane med. lect.; Vol. 6).

36. Ptitsyn O.B. "Molten globule and protein folding." // Adv. Protein Chem. 1995 V.47, P.83-229.

37. Semisotnov G.V., Rodionova N.A., Razgulyaev 0.1., Uversky V.N., Gripas' A.F., and Gilmanshin R.I. "Study of the "molten globule" intermediate state in protein folding by a hydrophobic fluorescent probe." // Biopolymers 1991. Vol. 31. P.119-128.

38. Efimov A.V. "Packing of a- helices in globular proteins. Layerstructure of globin hydrophobic cores." II J. Mol. Biol. 1979. V.134, P.23-40.

39. Efimov A. V. "Standard structures in proteins." // Prog. Biophys. Mol. Biol.1993. V.60, P.201-239.

40. Efimov A.V. "Favoured structural motifs in globular proteins." // Structure1994. V.2, P.999-1002.

41. Efimov A.V "Structural trees for protein superfamilies." // Proteins 1997. V.28, P.241-261.

42. Biochemistry (Moscow), 2007, V.72, P.223-227. 50.Pauling L. "The nature of the chemical bond." // 3rd ed. Ithaca (N.Y): Cornell Univ. press, 1962.51 .Homer R.B., Johnson C.D. "The chemistry of amides" / Ed. J. Zabicky. L.: Wiley, 1970. P. 187-243.

43. Hine J., Hine M. "The Relative Acidity of Water, Methanol and Other Weak Acids in Isopropyl Alcohol Solution" // J. Amer. Chem. Soc. 1952. Vol. 74. P. 5266-5271.

44. Costain C.C., Dowling J.M. "Microwave Spectrum and Molecular Structure of Formamide" //J. Chem. Phys. 1960. Vol. 32. P. 158-165.

45. Davies M., Evans J.C. "The Association Band of the Hydrogen Bridge" // J. Chem. Phys. 1952. Vol. 20. P. 342-351.

46. Ladell J., Post B. "The crystal structure of formamide" // Acta crystallogr. 1954. Vol. 7. P. 559-564.

47. Mirkin G.Noemi, Krimm S. "Structure of trans-N-methylacetamide: planar or non-planar symmetry?" // J.Mol.Stuct (THEOCHEM) 1995. V.334. P. 1-6.

48. Wong M. W, Wiberg K.B. "Structure of acetamide: planar or nonplanar?" // J.Phys.Chem. 1992. V. 96. P. 668-671.

49. Mack H.-G., Oberhammer H. "Planarity of N,N-Dimethylacetamide, (CH3)2NC(0)CH3" // J.Am.Chem.Soc. 1997. V. 119. P. 3567.

50. Fogarasi G., Pulay P., Torok F., Boggs J. E. "The geometry of some amides obtained from ab initio calculations" // J.Mol.Struct. 1979. V. 57. P. 259 -270.

51. De Santis P., Giglio Е., Liquori A.M., Ripamonti A. "Van Der Waals Interaction and the Stability of Helical Polypeptide Chains" // Nature. 1965. V. 206. P. 456-458.

52. Brant D.A., Ftory P.J. "The Configuration of Random Polypeptide Chains. II. Theory" // J. Amer. Chem. Soc. 1965. V. 87. P. 2791-2799.

53. Leach S., Nemethy G„ Scheraga H.A. "Computation of the sterically allowed conformations of peptides" // Biopolymers. 1966. V. 4. P. 369-407.

54. Leach S., Nemethy G., Scheraga H.A. "Intramolecular steric effects and hydrogen bonding in regular conformations of polyamino acids" // Biopolymers. 1966. V. 4. P.887-904

55. A.G. de Brevern, A.P. Joseph "Species specific amino acid sequence-protein local structure relationships: An analysis in the light of a structural alphabet" // Journal of Theoretical Biology 2011. V.276., P.209-217.

56. J. Grdadolnika, V. Mohacek-Grosevb, R. L. Baldwinc, F. Avbelj "Populations of the three major backbone conformations in 19 amino acid dipeptides" // Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 2011. V.108, P. 1794-1798.

57. Scott A. Hollingsworth and P. Andrew Karplus "A fresh look at the Ramachandran plot and the occurrence of standard structures in proteins" // BioMol Concepts, 2010. V. 1, P. 271-283

58. Astburay W.T. "Some problems in the X-ray analysis of the structure of animal hairs and other protein fibres" //Trans.Faraday Soc. 1933. V.29. P. 193-205.

59. Doty P., Imahori K., Klemperer E. "The Solution Properties And Configurations Of a Polyampholytic Polypeptide: Copoly-L-Lysine-L-Glutamic Acid" 11 Proc.Nat.Acad.Sci.US. 1958. V.44. P.424 428.

60. SS.Klotz I.M., Fransen J.S. "The Stability Of Interpeptide Hydrogen Bonds In Aqueous Solution" // J.Amer.Chem.Soc. 1960. V. 82. P. 5241-5247.

61. Klotz I.M., Fransen J.S. "Hydrogen Bonds between Model Peptide Groups in Solution" // J.Amer.Chem.Soc. 1962. V. 84. P. 3461 -3466.

62. Slater J.C., Kirkwood J.G. "The Van Der Waals Forces in Gases" II Phys.Rev. 1931. V. 37. P.682-711.

63. Бреслер C.E. "Введение в молекулярную биологию." М.; Л.; Наука, 1966. 350 с.

64. Frank H.S., Evans М. W. "Free Volume and Entropy in Condensed Systems III. Entropy in Binary Liquid Mixtures; Partial Molal Entropy in Dilute Solutions; Structure and Thermodynamics in Aqueous Electrolytes" // J.Chem.Phys. 1945. V. 13. P. 507-513.

65. Bohon R.L., Claussen W.F. "The Solubility of Aromatic Hydrocarbons in Water" // J.Amer.Chem.Soc. 1951. V.73. P.1571-1577.

66. Claussen W.F., Polglase M.F. "Solubilities and Structures in Aqueous Aliphatic Hydrocarbon Solutions" // J.Amer.Chem.Soc. 1952. V.74. P. 4817 -4822.

67. Butler J. A. V. "The energy and entropy of hydration of organic compounds" // Trans.Faraday Soc. 1937. V.33 P.229-236.

68. Frank H.S., Wen W.-Y. "Ion-solvent interaction. Structural aspects of ionsolvent interaction in aqueous solutions: a suggested picture of water structure" II Discuss. Faraday Soc. 1957. V.24. P.133-140.

69. Nemethy G., Scheraga H.A. "Structure of Water and Hydrophobic Bonding in Proteins. I. A Model for the Thermodynamic Properties of Liquid Water" // J.Chem.Phys. 1962. V.36. P.3382-3389.

70. Nemethy G., Scheraga H.A. "Structure of Water and Hydrophobic Bonding in Proteins. II. Model for the Thermodynamic Properties of Aqueous Solutions of Hydrocarbons" //J.Chem.Phys. 1962. V.36. P.3401-3416.

71. Glew D.N. "Aqueous Solubility And The Gas-Hydrates. The Methane-Water System" // J.Phys.Chem. 1962. V.66. P.605-611.

72. Poland D., Scheraga H.A. "Statistical mechanics of non covalent bonds in polyamino acids. I. Hydrogen bonding of solutes in water, and the binding of water to polypeptides" // Biopolymers. 1965. V.3. P.275-282

73. D. Poland and H. A. Scheraga "Theory of noncovalent structure in polyamino acids, in "Poly a Amino Acids"", (G. D. Fasman, ed.), Marcel Dekker, Inc., New York, 1967, P. 391.

74. Nemethy G., Scheraga H.A. "The Structure Of Water And Hydrophobic Bonding In Proteins. III. The Thermodinamic Properties Of Hydrophobic Bonds In Proteins" // J.Phys.Chem. 1962. V.66. P. 1773-1785

75. Scheraga H.A. "Intramolecular bonds in proteins. II. Noncovalent bonds. In "The Proteins"", Ed. H.Neurath. 2nd ed. N.Y.: Acad. Press, 1963. V.l. P.478-530.

76. Dzheliadin TR, Sorokin A A, Ivanova NN, Sivozhelezov VS, Kamzolova SG, Polozov R V. "Characteristics of electrostatic interaction of Escherichia coli RNA polymerase with promoters of T4 phage DNA" // Biofizika. 2001 Nov-Dec; V.46(6), P. 1022-1026.

77. Polozov RV, Dzhelyadin TR, Sorokin AA, Ivanova NN, Sivozhelezov VS, Kamzolova SG. "Electrostatic potentials of DNA. Comparative analysis of promoter and nonpromoter nucleotide sequences." // J Biomol Struct Dyn. 1999 Jun; V.16(6), P. 1135-1143.

78. Kamzolova SG, Sorokin AA, Osipov AA, Beskaravainyl PM. "Some principles in the organization of sigma70-specific promoters on the E. coli genome on the basis of electrostatic patterns of promoter DNA." // Biofizika. 2005 May-Jun; V.50(3), P.444-449.

79. Sorokin AA, Osypov AA, Dzhelyadin TR, Beskaravainy PM, Kamzolova SG. "Electrostatic properties of promoter recognized by E. coli RNA polymerase Esigma70." // J Bioinform Comput Biol. 2006 Apr, V.4(2), P.455-67.

80. Kamzolova SG, Osipov AA, BeskaravainyX PM, Dzheliadin TR, Sorokin AA. "Regulation of promoter activity through electrostatic interactions with RNA-polymerase." // Biofizika. 2007 Mar-Apr, V.52(2), P.228-236.

81. Foresman J.В., Frisch Шееп "Exploring Chemistry with Electronic Structure Methods", Second Edition. //Pittsburgh: Gaussian Inc. 1996.

82. Кларк Т. "Компьютерная химия": пер. с англ. // Москва: Мир 1990.

83. Cornell W.D., et al. "A Second Generation Force Field for the Simulation of Proteins, Nucleic Acids and Organic Molecules" // J. Am. Chem. Soc. 1995, V. 117(9), P. 5179-5197.

84. Alder B.J., Wainwright Т.Е. "Phase Transition for a Hard Sphere System" //J.Chem. Phys. 1957, V. 27 P. 1208-1212.

85. Alder B.J., Wainwright Т.Е. "Studies in Molecular Dynamics. I. General Method" // J. Chem. Phys. 1959, V. 31, P. 459-467.

86. Rahman A.J. "Correlations in the motion of atoms in liquid argon" // Phys. Rev. 1964, V. A136, P.405-411.

87. Sillinger F.H., Rahman A.J. "Molecular Dynamics Study of Liquid Water" // J. Chem. Phys. 1971, V.55, P. 3336-3359.

88. Polosov R. V., Poltev V.l., Sukhorukov B.I. "Relation of the interactions of nucleic acid bases to the helical conformations of polynucleotides" // Studia Biophysica 1973, V. 40, P. 13-20.

89. McCammon J.A., Gelin B.R., Karplus M. "Dynamics of folded proteins" // Nature (Lond.) 1977, V.267, P. 585-590.

90. Weiner S.J., et al "A new force field for molecular mechanical simulation of nucleic acids and proteins" // J. Am. Chem. Soc. 1984, V. 106, P. 765-784.

91. Weiner S.J., et al "An all-atom force field for simulations of proteins and nucleic acids" // J. Comp. Chem. 1986, V. 7, P. 230-252.

92. Hartree D.R. "The wave-mechanics of an atom with a non-Coulomb central field. Part I. Theory and methods" // Proc. Camb. Phil. Soc. 1928, V. 24, P. 89-132.

93. Mailer C., Plesset M.S. "Moller-Plesset perturbation theory of order n for electron correlation" // Phys. Rev. 1934, V. 46, P. 618-624.

94. Pople J., Beveridge D.L. "Approximate Molecular Orbital Theory" // McGraw-Hill, New York 1970.

95. Dewar M.J. "The Molecular Theory of Organic Chemistry" // McGraw-Hill, New York 1969.

96. Dewar M.J., Thiel W. "Ground States of Molecules. The MNDO Method. Approximations and Parameters" I I J. Am. Chem. Soc. 1977, V. 99, P. 4899.

97. Dewar M.J., Zoebisch E.G., Healy E.F., Stewart J.P. "AMI: A New General Purpose Quantum Mechanical Molecular Model" // J. Am. Chem. Soc. 1985, V. 107, P. 3902-3909.

98. Stewart J. J.P. "Optimization of Parameters for Semiempirical Methods. I. Method" // J. Comput. Chem. 1989, V. 10, P. 209-220.

99. Stewart J. J.P. "Optimization of Parameters for Semiempirical Methods. II. Applications" // J. Comput. Chem. 1989, V. 10, P. 221-264.

100. Stewart J. J.P. "Optimization of Parameters for Semiempirical Methods. III. Extension of PM3 to Be, Mg, Zn, Ga, Ge, As, Se, Cd, In, Sn, Sb, Te, Hg, Tl, Pb, and Bi" // J. Comput. Chem. 1991, V. 12 P. 320-341.

101. Stewart J. J.P. "MOPAC: A General Molecular Orbital Package" // Quant. Chem. Prog. Exch. 1990, V. 10, P. 86-97.

102. Thiel W., Voityuk A. "Extension of the MNDO Formalism to d orbitals: Integral Approximations and Preliminary Numerical Results" // Theor. Chim. Acta 1992, V. 81, P. 391-404.

103. Klamt A., Schuiimann G. "COSMO: A New Approach to Dielectric Screening in Solvents with Explicit Expressions for the Screening Energy and its Gradient" // J. Chem. Soc. Perkin Transactions 1993, V. 2, P. 799-805.

104. Stewart J.J.P. "Application of Localized Molecular Orbitals to the Solution of Semiempirical Self-Consistent Field Equations" // Int. J. Quant. Chem. 1996, V. 58, P. 133-146.

105. Diner S., Malrieu J.P., Claverie P. et al. "PCILO: Perturbation Configuration Interaction Using Localized Orbital Method in the CNDO Hypothesis" // Theor. Chim. Acta 1969, V. 13, P. 1-45.

106. Becke A.D. "Density-functional thermochemistry. III. The role of exact exchange" // J. Chem. Phys. 1993, V. 98, P. 5648-5652.

107. Lee C., Yang W., Parr R.G. "Development of the Colle-Salvetti correlation-energy formula into a functional of the electron density" // Phys. Rev. B 1988, V. 37, P. 785.

108. Miehlich B., Savin A., Stoll H., Preuss H. "Results obtained with the correlation energy density functional of Becke and Lee, Yang and Parr" // Chem. Phys. Lett. 1989, V. 157, P. 200.

109. Nemukhin A. V., Grigorenko B.L., Topol I.A., Burt S.K. "Flexible Effective Fragment QM/MM Method: Validation through the Challenging Test" // J.Comput.Chem 2003., V.24, P.1410-1420.

110. N.Reuter, A.Dejaegere, B.Maigret, M.Karplus. "Frontier bonds in QM/MM methods: A comparison of different approaches." // Journal of Physical Chemistry A 2000, V. 104, № 8, P. 1720-1735.

111. F.J.Luque, N.Reuter, A.Cartier, and M.F.Ruiz-Lopez. "Calibration of the quantum/classical hamiltonian in semi-empirical QM/MM AMI and PM3 methods." // Journal of Physical Chemistry A (2000), V. 104, №46, P. 1092310931

112. Dos Santos H., De Almeida W.B. "MNDO/AM1 /PM3 quantum mechanical semiempirical and molecular mechanics barriers to inertial rotation: a comparative study" // J. Mol. Struct (Theochem) 1995, V. 335, P. 129-139.

113. Plummer P.L.M. "Applicability of semi-empirical methods to the study of small water clusters: cubic structures for (H20)n (n=8, 12, 16)" // J. Mol. Struct. 1997, V. 417, P. 45-47.

114. Sulzbach H.M., Schleyer P.v.R., Schaefer III H.F. "Influence of the Nonplanarity of the Amide Moiety on Computed Chemical Shifts in Peptide Analogs. Is the Amide Nitrogen Pyramidal?" // J.Am.Chem.Soc. 1995. V.l 17. P. 2632-2637.

115. Esposito L., Simone A., Zagari A., Vitagliano L. "Correlation between co and v|/ Dihedral Angles in Protein Structures" // J.Mol.Biol. 2005. V. 347 (3). P. 483.

116. Ulmer T.S., Ramirez B.E., Delaglio F., Bax. A. "Evaluation of Backbone Proton Positions and Dynamics in a Small Protein by Liquid Crystal NMR Spectroscopy" //J.Am.Chem.Soc. 2003. V. 125. P. 9179.

117. Ramachandran G. N. "Stereochemical criteria for polypeptides and proteins. IV. Standard dimensions for the cis-peptide unit and conformation of cis-polypeptides" // Biopolymers. V. 6. P. 1255 1262.

118. Brown, R.D.; Godfrey, P.D.; Kleibdmer, B. "The inversion-torsion motion in vinylamine." // J.mol.spectroscopy 1987, V. 124, P. 21-33.

119. Roussy G., Nonat A. "Determination of the equilibrium molecular structure of inverting molecules by microwave spectroscopy: Application to aniline" // J.Mol.Spectroscopy. 1986. V. 118. P. 180- 188.

120. Prasad B. V., Grover G., Uppal P. "N-inversion and C-N rotational barriers in HX=CH-NH2 (X=N,P,As) compounds: an ab initio study" // J.Mol.Struct (THEOCHEM). 1999. V. 458. P. 227-237.

121. Shieh K. C., Tzeng W. B., Narayanan K., Tung C. C. "A study of the structures and vibrations of C6H5NH2, C6H5NHD, C6H5ND2, C6D5NH2, C6D5NHD, and C6D5ND2 in the SI state by ab initio calculations" // J.Mol.Struct (THEOCHEM). 1999. V. 428. P. 231 240.

122. Mishchuk Y. R., Potyagaylo A. L., Hovorun D. M. "Structure and dynamics of 6-azacytidine by MNDO/H quantum-chemical method" // J. Mol.Struct. 2000. V. 552. P. 283-289.

123. Boggs J. E., Niu Z. "Ab initio calculation of amine out-of-plane angles" // J.Comp.Chem. 1985. V. 6 P. 46 55.

124. Colapietro M., Domenicano A., Portalone G., Schultz G., Hargittai I. "Molecular structure of p-diaminobenzene in the gaseous phase and in the crystal" // J.Phys.Chem. 1987. V. 91. P. 1728.

125. Cervellati R., Corbelli G., DelBorgo A., Lister D. G. "The microwave spectrum and large-amplitude vibrations of N-methylaniline" // J. Mol. Struct. 1981. V. 73, P. 31-39.

126. Christen D., Minkwitz R., Nas R. "Microwave spectrum, inversion, and molecular structure of monofluoramine, FNH2" // J.Am.Chem.Soc. 1987. V.109. P. 7020-7024.

127. Strametz С. C„ Schmidtke H-H. "UV spectral changes from rotational and inversion processes at the nitrogen center in aniline molecules" // Theoret. Chimica Acta. 1976. V. 42. P. 13 22.

128. Rauk A., Andose J. D., Frick W. G., Tang R., Mislow. K. "Semiempirical calculation of barriers to pyramidal inversion for first- and second-row elements"//J.Am.Chem.Soc. 1971.V. 93. P. 6507.

129. Komarov V.M., Polozov R.V., Konoplev G.G. "Non-planar structure of nitrous bases and non-coplanarity of Watson-Crick pairs" // J.Theor.Biol. 1992. V. 155. P. 281-294.

130. Комаров B.M., Полозов P.В., Коноплёв Г.Г. "Неплоское строение аминозамещённых азотистых оснований. PCILO конформационное исследование." // Препринт АНСССР НЦБИ институт биол.физики. Пущино. 1989.

131. Комаров В.М. "Некопланарное Н-связывание хугстеновских пар оснований. PCILO конформационные оценки. I. Аденин-аденин и аденин-тимин пары" // Биофизика- 1994 т. 39 с. 837-842.

132. Kabanov А. V., Komarov V. М. "Polymorphism of Hydrogen Bonding in the Short Double Helixes of Oligonucleotides. Quantum-Chemical Semiempirical Study'7/Int.J.Quant.Chem. 2002. V. 88. P. 579 587.

133. Leszczynski J. "Are the amino groups in the nucleic acid bases coplanar with the molecularrings? Ab initio HF/6-31G* and MP2/6-31G* studies" // Int.J.Quant.Chem.Quant.Biol.Symp.,1992, V.19, P.43-55.

134. SponerJ., Hobza P. "DNA Base amino groups and their role in molecular interactions: Ab initio and preliminary density functional theory calculations" // Int.J.Quant.Chem. 1996. V. 57. P. 959 970.

135. Шульц Г., Ширмер P. "Принципы структурной организации белков." М.: Мир, 1982.354с.

136. Carlsen N. R., Radom L., Riggs N. V., Rodwell W. R. "Is formamide planar or nonplanar?" // J.Am.Chem.Soc. 1979. V. 101. P. 2233 2234.

137. Jean Y., Demachy I., Lledos A., Maseras F. "Electronic against steric effects in distorted amides" // J.Mol.Struct.(THEOCHEM). 2003. V. 632. P. 131-144.

138. Ohba K., Usami Т., Kawashima Y., Hirota E. "Fourier transform microwave spectra and ab initio calculation of N-ethylformamide" // J.Мої.Struct. 2005. V. 744-747. P. 815-819.

139. Brown R. D., Godfrey P.D., Kleibdmer B. "Microwave spectrum and structure of cyanamide: Semirigid bender treatment" // J.Мої.Spectroscopy. 1985. V. 114. P. 257-273.

140. Lehninger, Albert L.; Nelson, David L.; Cox, Michael M. (2000), "Principles of Biochemistry" (3rd ed.), New York: W. H. Freeman

141. Brant D.A., Ftory P.J. "Conformational energy estimates for statistically coiling polypeptide chains" // J. Mol.Biol. 1967. V. 23. P. 47-65.

142. Ч.Кантор, П.Шиммел "Биофизическая химия" т.1 // Москва «Мир» 1984г.

143. Wako Н. Scheraga Н. A. "On the use of distance constraints to fold a protein, Macromolecules" // Macromolecules 1981 V. 14. P. 961 970

144. Wako H. Scheraga H. A. "Distance constraint approach to protein folding. I. Statistical analysis of protein conformations in terms of distances between residues" // J.Protein Chem. 1982 V. 1. P. 5 15

145. V.Hornak, R.Abel, A.Okur, B.Strockbine, A.Roitberg, C.Simmerling "Comparison of Multiple Amber Force Fields and Development of Improved Protein Backbone Parameters" // PROTEINS: Structure, Function, and Bioinformatics, 2006, V.65, P.712-725.

146. Кондратьев M.C., Самченко A.A., Комаров B.M., Кабанов А.В. "Некоторые аспекты структуры и конформационной лабильности природных L-аминокислот и модельных олигопептидов." // «Математика. Компьютер. Образование». 2005. Том 12. Стр.899-916.

147. Кондратьев М.С., Самченко А.А., Комаров В.М., Кабанов А.В. "Сравнительный конформационный анализ вращательных изомерных форм свободных метиламидов ^ацетил-альфа-Ь-аминокислот." // «Математика. Компьютер. Образование». 2006. Том 13. Стр.443-452.

148. Кондратьев М.С., Кабанов А.В., Комаров В.М. "«Спиралеобразующие» конформеры в структурной организации метиламидов ^ацетил-альфа-Ь-аминокислот. Квантово-химический РМЗ анализ." // Биофизика. 2007. Т.52. №3. Стр.401-408.

149. Markiis Eilers, Ashish В. Patel, Wei Lin, Steven O. "Smith Comparison of Helix Interactions in Membrane and Soluble Bundle Proteins" // Biophysical Journal, May 2002, V.82, P.2720-2736

150. G. Nemethy, S.J. Leach, H. A. Scheraga "The Influence of Amino Acid Side Chains on the Free Energy of Helix-Coil Transitions" // The Journal of Physical Chemistry 1966. V.70, №4., P. 998 1004.

151. Cook D.A. "The relation between amino acid sequence and protein conformation."//J.Mol.Biol. 1967. V.29.P. 167-171.

152. Cochran D.A.E., Penel S. and Doig A.J. "Effect of the N1 residue on the stability of the a-helix for all 20 amino acids" // Protein Science. 2001. V.10. P.463-470.

153. Iqbalsyah T.M. and Doig A.J. "Effect of the N3 residue on the stability of the a-helix." // Protein Science. 2004. V.3. P.32-39.

154. Спирин А. С. "Структура рибосомы и биосинтез белка." М., Высшая школа, 1986

155. Bentley Strockbine and Robert С. Rizzo "Binding of Antifusion Peptides With HIVgp41 From Molecular Dynamics Simulations: Quantitative Correlation With Experiment" // PROTEINS: Structure, Function, and Bioinformatics 2007, V.67 P.630-642.

156. M. В. Венер и др. Квантово-топологический анализ нековалентных взаимодействий во вторичных структурах полиаланина // Химическая физика. 2009, Т. 28, N 8., С. 3-10

157. Jeffrey G.A., Saenger W. "Hydrogen bonding in biological structures" // Springer-Verlag , 1991, 569 P.

158. Соколов Н.Д. «Водородная связь» 1981., Сб. статей М., Наука

159. Lawrence S. А. (2004) "Amines: Synthesis, Properties and Applications" , Cambridge University Press, Cambridge.

160. Палм В.A. (1976) "Таблицы констант скорости и равновесия гетероциклических органических реакций, т.2.", Москва

161. Stockman P.A., Bumgarner R.E., Suzuki S., Blake G.A. "Microwave and tunable far-infrared laser spectroscopy of the ammonia-water dimmer" // J. Chem. Phys.,1992, V.96, P.2496 2510.

162. Cox, C., Wack, H., Lectka, T. Strong "Hydrogen Bonding to the Amide Nitrogen Atom in an 'Amide Proton Sponge': Consequences for Structure and Reactivity" // Angew. Chem. Int. Ed.Engl., 1999, V.38, P.798-800.

163. Cho, S.J., Chui C., Lec, J.Y., Park, J., Kim, B.H., Kim, K.S. "N-Protonation vs O-Protonation in Strained Amides: Ab Initio Study" // J. Org. Chem., 1997, V.62, P.4068-4071.

164. Свердлов Jl. M., Ковнер М. А., Крайнев Е. П. "Колебательные спектры многоатомных молекул." М.:Наука 1970.

165. Herzberg, G. "Molecular Spectra and Molecular Structure III. Electronic Spectra and Electronic Structure of Polyatomic Molecules; van Nostrand Reinhold": New York. 1966.

166. Benedict, W.S., Bailar, N. Plyler, E. K. "Rotation-Vibration Spectra of Deuterated Water Vapor" // J.Chem. Phys. 1956, V.24, P. 1139 1166.

167. Kats, J.L.; Post, B. "The crystal structure and polymorphism of N-methylacetamide" // Acta cristalogr. 1960, V.13, P. 624 628.

168. Kitano, M.; Fukuyama, Т.; Kuchitsu, K. "Molecular Structure of N-Methylacetamide as Studied by Gas Electron Diffraction" // Bull.Chem.Soc.Jpn. 1973, V.46, P. 384 387.

169. Ohashi, N., Hougen, J.Т., Suenram, R.D., Lovas, F.J., Kawashima, Y., Fajitake, M., Рука, J. "Analysis and fit of the Fourier-transform microwave spectrum of the two-top molecule N-methylacetamide" // J.Mol.Spectrosc. 2004, V.227,P.28-42.

170. Albrecht, M„ Rice, C.A., Suhm, M.A. "Elementary Peptide Motifs in the Gas Phase: FTER Aggregation Study of Formamide, Acetamide, N-Methylformamide, and N-Methylacetamide" // J.Phys.Chem.A., 2008, V.112, P.7530-7542.

171. Baldwin,R.L. "In Search of the Energetic Role of Peptide Hydrogen Bonds." // J.Biol.Chem., 2003, V.278, P.17581-17588.

172. Avbelj,F., Luo,P., Baldwin,R. "Energetics of the interaction between water and the helical peptide group and its role in determining helix propensities" // Proc.Natl.Acad.Sci.USA., 2000, V.100, P. 12683-12687.

173. Fleming,P. J., Rose,G.D. "Do All Backbone Polar Groups In Proteins From Hydrogen Bonds?"//Protein Science, 2005, V.14, P. 1911-1917.

174. Химическая энциклопедия, т. 1.(1988) M.: Советская энциклопедия, с. 333.220. http://chemister.da.ru/Databases/Tables/tables.htm

175. Grant,Н.М., Mctigue,P„ Ward.D.G. "The basicities of aliphatic amides." // Austral.J.Chem., 1983, V.36, P.2211-2218.

176. Edward, J.T., Meacock,S.C.R. "Hydrolysis of amides and related compounds. Part I. Some benzamides in strong aqueous acid" // J.Chem.Soc. 1957, V.2000, P.2007.

177. Veszpremi, Т., Feher,M. Fehir, M (1999) "Quantum Chemistry: Fundamentals to Applications", Kluwer Academic Publishers, Dordrecht

178. Dixon,DA., Dobbs.K.D., Valentimi.J.J. "Amide-Water and Amide-Amide Hydrogen Bond Strengths" // J.Phys.Chem., 1994, V.98, P.13435-39.

179. Ben-Tal, N. Sitkoff, D., Topol, I.A., Yang, A.-S., Burt.S.K., Honig, B. "Free Energy of Amide Hydrogen Bond Formation in Vacuum, in Water, and in Liquid Alkane Solution" // J.Phys. Chem.B., 1997, V.101, P.450-457.

180. Demaison, J., Csaszar, A.G., Kleiner, L, Mollendal, H. "Equilibrium vs Ground-State Planarity of the CONH Linkage" // J.Phys.Chem.A., 2007, V.l 11, P.2574-86.

181. Rick,S. W., Cachau.R.E. "The nonplanarity of the peptide group: Molecular dynamics simulations with a polarizable two-state model for the peptide bond" // J.Chem.Phys., 2000, V.l 12, P.5230-5241.

182. Lopez, X., Mujika, J.I., Blackburn, G.M., Karplus,M. "Alkaline Hydrolysis of Amide Bonds: Effect of Bond Twist and Nitrogen Pyramidalization" // J.Phys.Chem.A., 2003, V.l07, P.2304-15.

183. Fisher, S., Michnick, S., Karplus, M. "A mechanism for rotamase catalysis by the FK506 binding protein (FKBP)": // Biochemistry, 1993, V.32, P.13830-37.

184. Bednarova, C.L., Malon,P., Bour,P. "Spectroscopic properties of the nonplanar amide group: A computational study." // Chirality, 2007, V.l9, P.775-786.

185. Schultz, G., Hargittai, I. "Molecular structure of N,N-dimethylformamide from gas-phase electron diffraction" // J.Phys.Chem., 1993, V.97, P.4966-69.

186. Е.М.Попов "Проблема белка т.2 Пространственное строение белка." // Москва «Наука» 1997г

Информация о работе

Самченко, Александр Анатольевич
кандидата физико-математических наук
Пущино, 2011
ВАК 03.01.02

Диссертация

Торсионная лабильность пептидной группы в организации α- и β-вторичных структур олигопептидов. Квантово-химический анализ - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы