Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Стереохимический анализ упаковок линейных полипептидных структур

ВАК РФ 03.00.03, Молекулярная биология

Автореферат диссертации по теме "Стереохимический анализ упаковок линейных полипептидных структур"

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА. ЛЕНИНА, ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ И ОРДЕНА. ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЩИИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В.ЛОМОНОСОВА

На правах рукописи

КАЯВА Андрей Внлхович

УДК 577.150.2

СТЕРЕОХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ УПАКОВОК ЛИНЕЙНЫХ ПОЛИПЕПТЩЩЫХ СТРУКТУР

03.00.03 - Молекулярная биология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 1988

Работа выполнена^в Институте белка АН СССР.

Научный руководитель:

доктор биологических наук В.И.Лим.

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Б.Ф.Поглазов, доктор химических наук Э.Г.Арутюнян.

Ведущая организация: Институт молекулярной биологии АН СССР.

Защита ^диссертации состоится " " Л^сЛ Х988 г.

в /У^ часов на заседании специализированного совета Д.053.05.70 при МГУ им. Ы0В.Ломоносова по адресу: П9899, Москва, Ленинские горы, МГУ, биологический факультет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке биологического факультета МГУ.

Автореферат разослан " " 1988 г.

Ученый секретарь /

специализированного совета г " кандалат химических наук "^ - В.Н.Каграманов

: ь г

' ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

; " Г^ЦМЛ I

: Актуальность. Рзиеназ практически любой молекулярно-биоло-гической проблема но:шзуемо сталкивается с необходимостью знания пространственной структуры белковых молекул. В настоящее время единственным надежным методом определения пространственной структуры глобулярных бэлков является рентгеноструктурный анализ. Однако рентгоноструктурпне данные не позволяют однозначно установить структуру фибриллярных белков и кристаллических форм синтетических полипептидсв из-за отсутствия хоротжх кристаллов этих полатзрных веществ. В этом случае наиболее достоверные результаты дает совместное использование дифракционных методов и методов теоретического моделировании пространственной структуры бэлков. Поэтому разработка и применение теоретических методов к исследованию пространственной организации фибриллярных белков и кристаллических форм синтетических полипептвдов является крайне актуальной задачей.

Цель настоящей работы - проведение' на молекулярных моделях стерзохимического анализа упаковок линейных структур, образованных молекулами полиглицина и тропоксолагена; построение, на основе результатов проведанного стэреохзмического анализа, а также имеющихся экспериментальных данных, моделей пространственной структуры для кристаллической формы полиглнцина и фибриллы коллагена; исследование влияния года на -структурную конфоркацию пояипоптздаой цепл.

Научная новизна. Предложены принципиально новые модели пространственной структуры для кристаллической форш "полаглтда V" н фабриллы коллагена, которые хорошо согласуются со всей совокупностью экспериментальных данных. Разработан новый подход к оценке влияния вода на кокформацию яолппептидной цепи, с помощью которого обнаружен ряд закономерностей, касаацихся взаимодействия молекул вода с полпполтвдом, находящимся в /3-структурной конформацин.

Практическая тайность. Знание новой молекулярной упаковки полиглкциновых цепей поззоляет повысить эффективность исследований по установлению пространственной структуры фибриллярных белков, насыщенных остатками глицина.

Разработанный подход к оценке влияния воды на конформацию пашшептида, благодаря своей простоте и наглядности, может найти широкое применение при исследовании взаимодействия вода с любыми биологически активными молекулами.

Установление пространственного строения фибриллы коллагена важно для выявления молекулярных основ болезней соединительной ткани, а также дои конструирования технически ценных коллагено-вых материалов.

Апробация результатов работы. Результаты работы докладывались на расширенной научной сессии "Конформации и функции биологических молекул" (Рига, апрель 1985 г. и 1987 г.), Юбилейной конференции Института белка АН СССР (г.Пувдно, июнь 1987 г.), на Щ симпозиума стран-членов СЭВ и СФРЮ "Биофизика нуклеиновых кислот, белков и Других биополимеров" (Катовице, ПНР, октябрь 1987 г.), на П Международной школе-конференции молодых ученых социалистических стран (Пущино, ноябрь 1987 г.).

Пуб.такацщ1. По материалам диссертации опубликовано 4 статна.

Структура л объем работа. Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, основных выводов и списка цифрованной литература. Гдтвриал диссертация пэлоиэн ка £3 страницах машинописного текста, г;:л2чая 31 рисунок, 3 таблицы и список литература, состсщий г:з 115 папкгкоЕан&й.

С0ДЕК1АНЯЕ РАБОТЫ

Рп обсувдаотся сктуельность тега дассертацпи и

кратко налагаемся ее содержание.

В -прр^ой ттаяо (обзор литературы) списаны основные тш взаимодействуй, определяйте кои£орьэдвэ и упаковку поошопгад-

цепей, а талко рассмотрены известные ка сегодняшш-й день лилейные стругсЧФН белковых молекул.

Вголзя г-г^ля включает в себя спасание результатов, подученных камз в процессе работы по теме диссертации.

-I. НОВАЯ МОДЕЛЬ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРЫ ДЛЯ КРИС ТАЛЖЧЕСКОЙ ФОРМЫ ПОЛШШЦИНА

Полиглицкновые молекулы при определенных условиях образуют кристаллические агрегаты. До недавнего времени были известны две кристаллические формы полиглицина (I п П). В качестве структурной модели для полиглщина I Астбюри предложил антппараллель-нуи уб-структуру. Ддя полигдицина П Криком п Ричем была предложена структура, в которой полигливднозые цепи находятся в кон-формации полипролиновой спирали. Кандый остаток глицина б кристалла иолЕглицана додавк иметь эквивалентное окружение. Этот принцип строго соблюдается в данных моделях пространственной

структуры для полиглицина I и П. Мы провели стереохимический анализ упаковок полиглициновых цепей и обнаружили, что этому условию удовлетворяет еще один класс структур молекул полиглицина. Оказалось, что кристаллы полиглициновых молекул, у которых вдоль цепей чередуются определенные зеркально-симметричные конформации из П и 1У квадранта конформационной карты, также имеют одинаковый набор внутрицепных контактов и идентичное окружение для каждого глицинового остатка. На молекулярных моделях были рассмотрены все возможные агрегаты полиглициновых цепей с подобными конформациями и выявлена структура, наилучшим образом удовлетворяющая стереохимическим требованиям (отсутствие стерических напряжений и искажений водородных связей). Далее были определены координаты атомов данной структуры и от нее рассчитана дифракционная картина.

В предлагаемой модели асимметрическая единица регулярной конформации цепи содержит два глициновых остатка со значениями торсионных углов: ift +153°, % +158°, f2 - -153°, <f2 * -158°. Полипептидные цепи плотно упакованы. Каждая полиглициновая цепь соединена межпептидными водородными связями с четырьмя соседними цепями (рисЛ). Цепа расположены колинеарно, причем соседние цепи, образующие между собой водородные связи, смещены друг относительно друга вдоль оси z на ï,5 А (рис.2).

До недавнего времени единственными дифракционными данными, касающимися структуры полиглицина I, были диффузные рентгенограммы, полученные от низкоупорядоченных образцов. Эти рентгенограммы мокно представить как две концентрические окружности радиуса 1/4,36 1 и 1/3,44 X обратного пространства. Такие рентгенограммы с одинаковым успехом можно объяснить как моделью, прэд-лозенной Астбюри, так и нашей моделью. Эта структурная вырожденность была недавно снята. Сначала Лотц в 1974 году получил рентгенограммы от высокоупорядоченного кристалла полиглпцина, пмею-щэго плоскую форму. Затем в 1983 году Мунос-Гуэрра с соавторша закристаллизовал и исследовал монокристаллы, имеющие игольчатую фор?4у. На электронограммах двух этих кристаллов рзйяексы располагались на окружностях радиуса ï/4,36 X и ï/3,44 S, характерных для полиглицина I, однако взаимное положение данных рефлексов от плоских и игольчатых монокристаллов оказалось различным (рис.3). Таким образом под кристаллической формой, которую обозначали "полиглицин I", ифывались две различные структуры. Сопоставление этих дифракционных данных с предполагаемыми структурными моделями показало, что кристаллическая форма полиглицина, получен-

Рис.!. Аксиальная проекция структуры полиглицина I'. Пунктирными линиями обозначены водородные связи. Аксиальная проекция структуры симметрична относительно оси У.

Рис.2. Радиальная проекция структуры полиглицина I'. Пунктирными линиями обозначены водородные связи.

ная испанскими исследователями (обозначенная наш "полиглицин I"), наилучшим образом объясняется уз-структурной моделью. Астбюри, а наша модель соответствует пространственной структуре плоского кристалла полиглицина (обозначенного наш "полиглицин I'").

палиглицин I голиглицин V

Рис.3. Расположение экваториальных рефлексов на экспериментально полученных электронограммах от игольчатых и плоских кристаллов полиглицина. Под дифракционными картинами полиглицина I и I' схематически изображены аксиальные проекции, соответственно, ./3-структуры с равновероятными зеркально-симметричными упаковками полипептидных цепей и новой модели пространственной структуры для полиглицина. Эти-проекции поясняют возникновение рефлексов

1/3,44 А и 1/4,36 X. Черными точками обозначены полиглициновые цепи. Пунктирные линии - водородные связи.

2. ВЛИЯНИЕ МОЛЕКУЛ ВОДИ НА р -СТРУКТУРНУЮ КОНФОРМАЦИЮ ПОЛИПЕПТИДНЫХ ЦЕПЕЙ

Несмотря на существование различных подходов и расчетных

схем, теория, учитывающая влияние воды на конформацию полипеп-твдной цепи, еще далека от завершения. Мы использовали новый подход к этой проблеме, который позволяет на качественном уровне по изменению параметров водородных связей между полипептидом и молекулами вода судить о влиянии водного окружения на конформацию полипептидной цепи. Стереохимический анализ, проведенный нами на атомных моделях СРК, проволочных моделях и ЭВМ, основан на следующей схеме взаимодействия воды и полипептида. Считалось, что молекулы воды, контактирующие с полипептидной цепью, стремятся образовать четыре тетраэдрически направленные водородные связи. Данное стремление молекул воды удовлетворяется тем полнее, чем ближе взаимная ориентация водородных связей полипептид-вода совпадает с ориентацией водородных связей тетраэдрической структуры воды. Чем лучше совпадение ориентаций водородных связей, тем энергетически более выгодной по взаимодействию с водой является анализируемая конформация полипептида. Учитывалось также то, что чем меньше расстояние между двумя донорами и(или) акцепторами водородной связи полипептида, тем сильнее влияет на конформацию цепи их взаимодействие с водой.

На -конформацию полипептидной цепи основное влияние должно оказывать взаимодействие с водой самых сближенных пар доноров и акцепторов водородной связи: и и1+1н1+1, о|_1 (обозначения атомов на рис.7). Проведенный на ЭВМ стереохимический анализ взаимодействия воды с и п1+1н1+1, заключался в следующем. Данные пары доноров и акцепторов водородной связи могут принимать в ^-области шесть идеальных тетраэд- . рических ориентаций (рис.4). Кавдая из шести тетраэдрических ориентаций сравнивалась с ориентацией водородных связей ...вода и о'... вода аминокислотного остатка, находящегося в анализируемой конформацни. Затем выбиралась идеальная ориентация, наиболее совпадающая с анализируемой, и различие между этими ори-ентациями оценивалось по искажению одной водородной связи (ш...вода) при другой (о1...вода) - неискаженной. Искажение водородной связи ш...вода определялось по отклонению угла нно от нулевого значения и угла N00 от тетраэдрического значения (10#) (см. рис.4). Длина водородных связей бралась равной 2,8 X.

Стереохимический анализ показал, что пара н1н±, сН наилучшим образом взаимодействует с водой в правой части р-области. Об изменении взаимодействия н±н±, о^ с водой можно судить по изменению только одного параметра - угла ню водородной связи НН... вода, поскольку второй параметр этой связи - угол N00 в

Рис.4. í-6 - все возможные в пределах л-области ориентации идеальных водород-/ных связей между N-Hit oJ (%+iHi+i, о{_1 ) и молекулами тетраэдрической структуры воды. 7 - утлы нко и ноо, используемые при оценке искажения водородной связи. О - атомы кислорода молекул воды, N и 0' - атомы азота и кислорода полипептида. Черными стержнями обозначены связи ын я он, а точками -водородные связи.

пределах ^-области практически не изменяется (рис.5а). Что же касается пары Hi+1Hi+1, с водой, то взаимные ориентации этих водородных связей значительно отклоняются от идеальных тет-раздрнческих ориентадий при конформации полипептида из правой нижней части -области (рис.5а).

Каждый остаток одиночной вытянутой полипептидной цепи взаимодействует с водой одновременно парой н1н1, и парой Ni+1Hi+1, , поэтому, если просуммировать результаты стерео-химического анализа, то оказывается, что вода наилучшим образом взаимодействует с полипептидом, когда он имеет информацию из правой верхней части ^в-области, т.е. полипролиновую конформа-цню (рис.5а). Дальнейший стереохимический анализ на атомных моделях СРК и скелетных проволочных моделях позволил нам построить модель пространственной структуры полипептидаой цепи в по-липролиновой конформации с окружающими ее молекулами воды (рис.6). Расположение молекул воды, взаимодействующих с полипептидом, было определено на атомных моделях GPK и проволочных моделях, исхода из принципа наименьшего искажения водородных связей всей системы. Боковые группы полипептида заключены в клат-ратные полусферы. Молекулы воды, образующие эти клатратные

у у

а б

Рис.5. Нормально допустимая для остатков аланиновогр типа ß-область конформационной карты. На линии п=2 находятся значения углов f и v плоских л -структур, а - непрерывные контурные линии обозначают конформации остатка, при которых угол HNO водородной связи HjE?...вода отклоняется от нулевого значения на 20°,30° и 40°. Пуктирные контурные линии обозначают конформации остатка, при которых угол HNO или угол (209°-иосг) водородной связи и1+-|Н1+1...вода отклоняется на 20°,30° и 40°. В заштрихованной области пептидные группы одиночной вытядгтой цепи наилучшим образом взаимодействует с водой, (р) - по-липролиновая конформация полшептвдной цепи, б - белые кружки - конформации остатков типа I и II, оптимальные по внутри- и менцепным взаимодействиям. Стрелками обозначены изменения конформаций остатков, обусловленные взаимодействием пептидных групп с водой. Черные кружки - конформации остатков типа I и П, наблюдаемые в антипараллельных двухцепочвчных ß -структурах глобулярных белков.

Рис.6. Стереопара фрагмента -01у-11е-А1а-С1у- полшептидаой цепи в полипролиновой конформации с окружающими его молекулами воды. Клатратная полусфера пзобракена только вокруг остатка изолеицина. Открытыми кружками обозначены атома кислорода, заштрихованными крушсами - атомы углерода и крушима, заполненными концентрическими окружностями, - атомы азота. Толстые етвркци - козаяентныв связи, тонкие стерши! - водородные связи.

структуры, имеют искаженные водородные связи. Искажение этих связей практически не изменяется при изменении конформации основной цепи в ft>-области. Следовательно, взаимодействие вода с боковыми группами полнпептидной цепи слабо влияет на р-конфор-мацига полипептида.

На конформацию антипараллельной двухцепочечной ^-структуры помимо внутрицепных взаимодействий существенное влияние оказывают мездешше взаимодействия. Конформационные расчеты показали, что оптимальные по внутри-и мажцепным взаимодействиям конформации остатков антипараллельной двухцепочечной ^-структуры имеют значения торсионных углов из области -I5Q°<£ f<-l20°, 130°<*Р<Г70о (Алексанян И Скворцов, '1974, Raghavendra and Saaiseisiiaran, €979, chou et ai., -1982). Рассмотрим, как изменится оптимальная по внутри- я межцепным взаимодействиям конформа-цкя -структуры, если учесть ее взаимодействие с водой.

В составе двухцепочечной ^e-структуры соседние вдоль цепи аишокислотныв остатки по-разному взаимодействуют с водой. Один остаток (обозначенный нами остатком типа I) взаимодействует с зодой парой niHi, о^, другой (типа П) - парой Hi+1Hi+1, (рис.7). Из прсзедениого стереохимнческого анализа следует, что гяспздум энергии взаимодействия остатка типа I с водой располагается в области -&5°<{Р< -60°, 20°<У< 180°. Следовательно, года стремится изменить оптимальную по внутри-я меяцешшм взаимодействиям ^-конформацию остатка типа I, увеличивая значение его угла (р. С другой стороны известно, что при увеличении угла Ц> остатка типа I водородные связи между уЗ-тяжаш не искажаются лишь в тем случае, если угол f остатка типа П токе увеличивается. Поэтому взаимодействие остатка типа I с водой является причиной не только смещения вправо минимума кокформационной энергии этого остатка, но и одновременного смещения вверх минимума коиформационной энергки остатка типа П (рис.56). Чем дальше от линии плоских уЗ-структур удалены значения торсионных углов lP :i <f> остатков, тем сильнее закручена образованная ими ¡5 -структура. Из рис.56 видно, что в результате взаимодействия пептидных групп с водой положения наиболее вероятных значений углов f з ^ остатков антипараллельной двухцепочечной уЗ-структуры удаляются вправо от линии п=2, что означает увеличение правой закрученности ^б-структуры. При этом минимумы коиформационной энергии остатков типа I и П расходятся друг от друга таким образом, что вдоль полкдептидных цепейу5-структуры должно появиться чередование аминокислотных остатков со значениями

Рис.7. Два типа расположения дипептида, находящегося в составе двухцепочечной у8-структуры.

торсионных углов I?! » I?{+ АУ, ^ ~ ^д - ^Д, 1рд = ^д + Д^ (1£»р Ч'п» ¥*п ~ значения торсионных углов остатков типа I и П, оптимальные по внутри-и межцепным взаимодействиям, Д у, д у > 0).

Результаты стереохимического анализа взаимодействия двухцепочечной ¡ь -структуры с водой находятся в хорошем согласии с экспериментальными данными. Из анализа пространственных структур белков известно, что антипараллельные двухцепочечные ^-структуры имеют аномально сильную степень закрученности, которую невозможно объяснить внутри-и межцепныш взаимодействиями. Более того, известно, что вдоль полипептидных цепей этих ^-структур наблюдается чередование остатков со средними значениями торсионных углов ^х = -95°, = 125° и ^п = -135°, = 165° (сьо№1а, 1983). Именно такой характер чередования конформаций и более сильную закрученность предсказывает проведенный наш стереохимаческий анализ.

Все предыдущие рассуждения можно применить и к параллельной двухцепочечной у5-структуре (отличив может быть лишь в степени скрученности, поскольку параллельный уЗ-лист более ограничен межцепными взаимодействиями). При увеличении числа р-тяжей влияние воды на конформацию ^-структуры должно уменьшаться, поскольку с водой будут взаимодействовать только крайние поли-пептидныв цепи. В этом случае, но-видимому, основное влияние на конформацию уЗ-структуры будут оказывать внутри-и межцепные взаимодействия.

3. НОВАЯ МОДЕЛЬ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРЫ ДЛЯ ФИБРИЛЛЫ КОЛЛАГЕНА

В разное время был выдвинут ряд моделей пространственной структуры для фибриллы коллагена. Все эти модели можно разбить на два класса. Первый класс моделей предполагает наличие в фибрилле коллагена микрофибриллярного уровня организации. Во втором классе моделей микрофибриллярный уровень организации отсутствует и предполагается, что молекулы тропоколлагена упаковываются в фибрилле квазигексагонально. Некоторые из этих моделей получали общее признание и широко используются для интерпретации экспериментальных данных. Однако, несмотря на большие достоинства, ни одна из имеющихся моделей не позволяет полностью понять тот огромный и вполне надежный экспериментальный материал по структуре фибрилл коллагена, который накоплен к настоящему времени.

Нами была предложена принципиально новая схема упаковки молекул тропоколлагена в фибрилле. В основу модели положены результаты стереохимического анализа межмолекулярных взаимодействий тропоколлагена, который заключался в следующем. Тройные спирали коллагена располагались на расстоянии 13-14 X друг от друга, что соответствует расстоянию между молекулами тропоколлагена, определенному из рентгенографических исследований. Далее анализировались вандерваальсовы контакты и взаимодействия заряженных боковых групп, возникающие между молекулами тропоколлагена, а также сетка водородных связей тропокаллаген-вода-тропо-коллаген. Известно, что молекулы тропоколлагена объединяются в фибриллу в основном за счет гидрофобных взаимодействий. Стерео-химический анализ показал, что величина гидрофобного взаимодействия или, другими словами, количество воды в межмолекулярном пространстве зависит от искажения сетки водородных связей пептидная группа-вода-пептидная группа (рис.8), а не от взаимодействия боковых групп. Поскольку гидрофобные взаимодействия между молекулами тропоколлагена определяются пептидными группами, то тройная спираль коллагена является одинаковой вдоль своей оси в смысле гидрофобности. В этом случае максимальный гидрофобный эффект достигается тогда, когда соседние молекулы имеют максимальную площадь перекрывания, т.е. не смещены друг относительно друга вдоль оси молекулы. Стереохимический анализ также показал, что взаимодействия заряженных боковых групп не препятствуют такому расположению молекул тропоколлагена. На основании вывода о том, что несмещенное расположение молекул тро-

Рис.8. Слева схематически изображены тройные спирали коллагена. Поскольку они закручены, то взаимное расположение молекул тропоколлагена в аксиальной проекции периодически меняется: А,в,с,А,в ... Справа показаны три характерные ориентации упакованных гексагонально молекул тропоколлагена, возникающие в аксиальном сечении за один период. Часть межмолекулярного пространства, в которой тройные спирали коллагена наиболее сближены, изображена в масштабе.

поколлагена является наиболее вероятным, и была разработана новая модель пространственной структуры дои фибриллы коллагена.

Форма фибриллы коллагена представляет собой цилиндр с рифленой поверхностью. Во всех предложенных ранее моделях эта рифленая структура волокон объяснялась смещением взаимодействующих

"бок о бок" соседних молекул тропоколлагена примерно на <1/4 своей длины друг относительно друга. Предлагаемая нами модель фибриллы коллагена принципиально отличается от прежних моделей тем, что в ней характерная аксиальная регулярность возникает не за счет смещения соседних молекул тропоколлагена, а за счет смещения соседних микрофибрилл, образованных не сдвинутыми друг относительно друга молекулами тропоколлагена (рис.9).

а б в

Рис.9. Схематическое изображение уровней организации фибриллы коллагена, а - фибрилла коллагена,римевдая характерную рифленую структуру с периодом 670 А; б - развертка Фибриллы, демонстрирующая расположение микрофибрилл, обусловливающее характерную аксиальную периодичность. 1,2, 3,4 - микрофибркллы, смещенные относительно крайней левой соответственно на о%п, 1 хБ, 2 я в, ЗхБ (1>=в70 А); з развертка микосфнбриллы в месте стыковки пучков тропоколдагеновых~молекул.

В напей модели несколько плотно упакованных молекул тропоколлагена, расположенных колинеарно и в регистре, образуют пучки. В пучках молекулы тропоколлагена закручены вокруг центральной молекулы. Расстояние между соседними молекулами тропоколлагена составляет около 13 Толщина пучка равна 40 л, а длина 3000 А. Такие пучки ^»страиваются "голова к хвосту" и проникают друг в друга на 300 А, образуя микрофибриллу. Объемные глюко-

зилгалактозиловые группы, расположенные на расстоянии 300 2 от к- (и иногда с-) конца молекулы коллагена, препятствуют взаимопроникновению пучков более чем на 300 А. Микрофибрилла в местах стыковки пучков, повторяющихся через каждые 2680 А, утолщается в -][2 раз, В свою очередь, микрофибриллы объединяются в фибриллу. Будучи плотно упакованными (рисДО), они располагаются таким образом, что в фибрилле возникают области с разной плотностью упаковки тропоколлагена. Эти области чередуются друг с другом вдоль оси фибриллы, в результате чего фибрилла приобретает аксиальную регулярность с периодом 670 А (рис.9).

Рис.10. Расположение микрофибрилл в аксиальной проекции Фибриллы. 1-4 соответствуют 1-4 на рис.9. Круги большего диаметра - микрофибриллы, пересеченные в местах стыковки пучков. Элементарная ячейка структуры с размерами а, ъ и углом Я4 выделена штриховой линией. Возможно также зеркально-симметричное расположение микрофибрилл.

Описанная выше модель хорошо согласуется с имеющимся экспериментальным материалом. Из множества экспериментальных данных, касающихся фибрилл коллагена, следует обратить особое внимание на результаты электронно-микроскопических исследований процесса самосборки фибрилл in vitro и in vivo (Trelstad et al., 1976, Bruns et al. , 1979), которые не объясняются ни одной-из предложенных ранее моделей. Из этих данных следует, что на первом этапе самоорганизации фибрилл молекулы тропоколлагена объединяются в пучки, в которых они не смещены друг относительно друга. Затем пучки взаимодействуют торцами и образуют микрофибриллы, которые в свою очередь собираются в фибриллу, имеющую характерную аксиальную регулярность с периодом 670 А. В рамках нашей схемы молекулярной упаковки тропоколлагена процесс самосборки фибриллы становится понятным. Предлагаемая нами модель, в отличие от большинства существующих ныне моделей, удовлетворяет также данным по ковалентным связям между молекулами коллагена, находящимися в фибрилле. Из них еледует, что в фибрилле

коллагена имеется два типа контактов мевду молекулами: контакт между несмещенными друг относительно друга молекулами и контакт между молекулами, перекрывающимися на 300 X (Light and Bailey, -1980). Наша схема молекулярной упаковки фибрилл коллагена совместима с приведенными выше фактами. В ней несмещенные и перекрывающиеся на 300 А молекулы контактируют друг с другом и могут образовывать между собой ковалентные связи.

основные вывода

1. Предложена новая модель пространственной структуры для кристаллической формы полиглицина. Показано, что предлагаемая нами модель соответствует одной из трех экспериментально наблго-дае;,!ых кристаллических форм полиглицина (полиглицин I').

2. Разработан новый подход к оценке влияния воды на конфор-кзцию полипептидной цепп, благодаря которому были получены следующие результаты:

а) на конформацкв полипептидной цепи в нормально допустимой для остатков аланинового типа -области основное влия-ш:о оказывает взаимодействие воды с допорами и акцептора:.!:! пептидных групп. Взаимодействие боковых групп с водой практически не влияет на конформацию основной цепи;

б) одиночная вытянутая полипептцдная цепь наилучшим образом взаимодействует с водой, когда она имеет регулярную кон-фср^ацшэ полипролиновой спирали;

з) вода увеличивает правую закрученность двухцепочечной р -структуры, предсказываемую расчета'/и, которые учитывают только внутри- и межцепные взаимодействия. При увеличении правой закрученности конформация двухцепочечной ув -структуры, наиболее вероятная по внутри- и меяцепным взаимодействиям, расщепляется на две jS> -конформащш, чередующиеся вдоль полипептидных цепей. Величина закру-ченности и характер чередования конформаций двухцепочечной jb -структуры, вытекающие из проведенного наш сте-реохимического анализа, хорошо согласуются с данными, полученными из анализа пространственных структур глобулярных белков.

3. На основании стереохимического анализа межмолекулярных взаимодействий тропоколлагена разработана принципиально новая модель пространственной структуры дам фибриллы коллагена, которая хорошо согласуется с имеющимися экспериментальными данными.

Основные результаты диссертационной работы изложены в следующих публикациях:

1. Каява A.B. Новая модель пространственной структуры полиглицина I. - Биофизика, 1985, т.30, вып.З, с.406-408.

2. Каява A.B., Дим В.И. Влияние взаимодействия пептидных групп с водой на £-структуру. - Тезисы докладов на Международной школе-конференции молодых ученых стран-членов СЭВ. Пущино, 1987.

3. Каява A.B. Новая модель пространственной структуры для фибриллы коллагена. - Докл. АН СССР, 1987, т.295, К 3,

с.736-739.

4. Каява A.B., Лим В.И. Влияние взаимодействия пептидных групп с водой на ß -структуру. - Биополимеры и клетка, 1988,

т.4, № 2, с.79-85.

Т-20290 31.12.87 г. Зак.БОЗР Тир.125 экз. Уч.изд.л.-Т,0 Отпечатано на ротапринте в СИГИ НЦБИ