w
БИООРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ, 1995, том 21, № 8, с. 587 - 589
УДК 547.962:541.63
СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ РИМОРФИНА И ЕГО СИНТЕТИЧЕСКИХ АНАЛОГОВ
© 1995 г. Н. А. Ахмедов, Т. А. Махмудова, Р. И. Халилов, Н. М. Зейналова
Бакинский государственный университет им, М.Э. Расулзаде, Баку Поступ ила в редакцию 04.07.94 г. После доработки 12.01.95 г.
Методом теоретического конформационного анализа исследованы структура и конформационные возможности риморфина. Показано, что пространственная организация может быть представлена 11 низкоэнергетическими состояниями основной цепи. Из решения обратной структурной задачи найдены модифицированные аминокислотные последовательности ([Ala2], [Ala3], [MePhe9], [MeLys10], [MeVal11], [МеУа112]-аналоги), пространственные структуры которых отвечают набору низкоэнергетических, потенциально физиологически активных кон формаций.
Ключевые слова: теоретический конфирмационный анализ; опиоидные пептиды, структура и функции пептидов, риморфин.
Из экстрактов задней доля гипофиза быка выделен тридекапептид риморфин и установлена его аминокислотная последовательность:
Tyr'-Gly2-G]y3-Phe4-Leu5-Arg6-Arg7-
Gln8-Phe9-Lys10-Val11 - Va] ,2-Thr'3.
Риморфин был основным пептидом, включающим последовательность [ L ей ] э н ке ф а л и и а во всех исследованных тканях, в которых обнаруживали динорфин и а-неоэндорфин [I]. Риморфин, а-неоэндорфин и динорфин найдены в одном и том же нейроне в мозге крысы и гипоталамусе человека. Риморфин обладает огшоидной активностью. Предполагается, что он оказывает модулирующее действие на анальгетические эффекты морфина и других эндогенных опиоидов [2].
Цель настоящей работы заключалась в изучении структурной организации молекулы риморфина и определении всех его предпочтительных по энергии и, следовательно, потенциал ьно фенологически активных конформационных состояний. Полученные данные использованы для конструирования синтетических аналогов, глобальные конформации которых отвечали бы одному из низкоэнергетических активных состояний природной молекулы. Набор таких аналогов должен воспроизводить весь функциональный спектр молекулы. Иными словами, для молекулы риморфина требовалось решение прямой и обратной структурных задач [3]. Настоящая работа продолжает серию наших исследований структурно-
Сокрагцения: MePhe. MeLys, MeVal - Ма-метилпроизводные
соответствующих аминокислот. Адрес для переписки: 370133, Баку, пос. Гюняшли, ж/м "В", д. 7, кв. 61, Ахмедову H.A.
функциональной организации опиоидных гормонов [4-6].
При изложении результатов расчета структуры риморфина использована предложенная ранее [3, 7 - 8] классификация пептидных структур по конформациям, формам основной цепи и шейпам пептидного скелета. Для обозначения конформаций применена система идентификаторов, описанная в тех же сообщениях. Использованные в расчете потенциальные функции и полуэмпирические параметры для оценки невалентных, электростатических, торсионных взаимодействий и водородных связей указаны в работах [7, 8].
Пространственная структура молекулы риморфина исследована фрагментарно. Стабильные конформации К-концевого пентапептида взяты из расчета структуры [Ьеи]энкефалина [9]. Конформации тетрапептидных фрагментов А^6-РЬе9, 01п8-Уа1" и Ь,у810-ТЬг- получены на основе низкоэнергетических конформаций соответствующих аминокислотных остатков. Конформационные возможности нонапептида Туг'-РЬе9 изучены при использовании результатов расчета фрагментов ТУг'-Ьеи5, А^6-РЬе9 и Оп^УаГ1. На последнем этапе пространственное строение риморфина исследовано на основе энергетически выгодных состояний фрагментов Туг'-РЬе9, С1п8-Уа1п и ЬУ810-ТЬг'3.
В первом приближении рассчитаны 88 конформаций нонапептида Туг'-РЬе9, существенно энергетически отличных друг от друга в зависимости от формы основной цепи. В широкий энергетический интервал 0-10 ккал/моль попадают 18 форм основной цепи. Эти конформации являются комбинациями трех одинаковых форм
588
АХМЕДОВ и др.
Относительная энергия (ккал/моль) предпочтительных конформаций риморфина и его аналогов
а. Р
О i/ s ^
о Си
Хн
о
Конформнция
з: s
-е-
CL
С
S к
Си
я <
я <
и
й.
<о
и
s
ttj >
и
s
2
3
4
5
6
7
8 9
10 11
pi а2 рЗ V4 т>5 р6 р7 р8 р9д10 D1
ö2 г 2 2! 3222 2222 311 3 2222 2
^3 ^ 2222^2
В2Р R ^2^21^3222^2222 ^311 ^3^2222^2
4t,R2222 R2
ß,P R SjВ2l"3T22^2212%U ^У^ТШЩ.
^3^ 2222^2
В2В Р B2B2iBi222R2222 B2i[ ^3^2122^2
¡i;>J> ¡222^2
В2Р R l\ipi¡Bj222^2Z22"Íll^3"H22^2
R2
К2 RI
ß2 Й, R2 /?(
ß2 в, /?2
В2 В{
В*) В А' ■ А\
'2"¡222a2
üf2ß Р ^2fí21/í2222 02222/?211 Л3Л 1222^2
¡h
о
0.7 2.3
5.3 3.9 6.1 4.8
5.4 5.4 6.1 2.0
0
0.2 2.1 4.7 5.1
2.5
4.4 5.0 7.9 8.2 0
3.1
1.5
8.7 0
0.8
2.5
0
0.9
4.7
6.8
основной цепи Туг1-Leu5 {ВВРВВ, BPRRB и BPRBB) и шести форм фрагмента Arg6-Phe9 (ВВВВ, BBRR, BRBB, BRRR, RBBB и RBRR). Они были выбраны для расчета риморфина.
Пространственная структура риморфина исследована на основе стабильных конформаций фрагментов Tyr'-Phe9, Gln8-Valu и Lys10-Thr13. Начальные приближения составлены из 36 конформаций фрагмента Tyr'-Phe9 и 8 форм основной цепи фрагмента Lys'°-Thr13; таким образом, в первом приближении были рассчитаны 288 конформаций риморфина. Расчет показал, что возникает сильная энергетическая дифференциация между конформациями, формами основной цепи и шей-пами пептидного скелета. В энергетический интервал 0-7 ккал/моль попадают 11 структур молекулы, которые приведены в таблице. Энергетически предпочтительные конформации риморфина представляют собой комбинации трех шейпов фрагмента Туг1-Leu5 (effe, ffff, fffe), трех шейпов фрагмента Leu^-Phe9 {eeff, eefe, efef) и семи шейпов фрагмента Lys10-Thr13 (feef eeef efef, fefe, eeff, feff и effe). N-Концевой нонапептидный фрагмент риморфина является коиформационно-жесгким, а С-концевой тетрапептид Lys'°-Thr'3 -конформационно-лабильным участком.
Для низкоэнергетических структур риморфина были рассмотрены конформациоиные возможности боковых цепей остатков Arg6, Arg7 и Lys10 путем построения конформационных карт с последующей минимизацией энергии. Низкоэнергетическим состояниям в свободных фрагментах и
r молекуле риморфина отвечали одни и те же положения боковых цепей остатков. В предпочтительных структурах боковые цепи остатков Arg6, Arg7 и Lys10 экспонированы в среду.
Искусственные аналоги риморфина. Низкоэнергетические конформации риморфина использованы в качестве исходных структурных вариантов для исследования конформационных возможностей его аналогов. Выбор определялся исключительно стерическими соображениями. Остатки Gly2, Giy3 последовательно заменялись на более объемный остаток Ala, а остатки Plie9, Lys10, Vai" и Val12 - на их N-метилпроизводные. Мы исходили из предположения, что эти замены приведут к заметному ограничению конформаци-онной свободы при сохранении функциональных групп и даже запрещению ряда конформаций молекулы, но не вызовут образования новых низкоэнергетических состояний. В таблице показаны относительные энергии риморфина и его [А1а21, [Ala3], [MePhe9], [MeLys10], [MeVal11], [MeVal12]-аналогов. Конформации с большой относительной энергией в таблице отмечены прочерком.
Из ряда конформаций, предпочтительных для риморфина, для искусственных аналогов реализуется только одна, разная для разных аналогов. Если за пол ифу 11 к цион а л ьиость риморфина ответствен набор низкоэнергетических конформаций, взаимодействующих с соответствующими рецепторами, то аналоги, имеющие лишь по одной низкоэнергетической конформации, будут монофункциональны.
СИ О О Р ГЛ И И Ч F CK А Я ХИМИЯ том 21 №8 1995
СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ РИМОРФИНА
589
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Klipatrick D.L., Wahlstron A., Lahm H.W., Blacker R., Udenfreiend S. // Proc. Nat!. Acad. Sci. USA. Biol. Sci. 1982 V. 79. P. 6480- 6483.
2. Скрябин К.Г. // Журн, Всесоюз. хим. о-ва им. Д.И. Менделеева. 1984. Т. 29. С. 195 - 204.
3. Popov ЕМ. // Int. J. Quant. Chem. 1979. V. 16. P. 707 - 737.
4. Попов Е.М., Ахмедов H.A., Махмудова Т.A. II Биоорган. химия. 1992. Т. 18. С. 1454 - 1463.
5. Ахмедов H.A., Ахмедов Н.Ф., Аббаслы P.M., Попов ЕМ. // Биоорган, химия. 1992. Т. 18. С. 1464 - 1472.
6. Ахмедов H.A. Махмудова Т.А., Попов Е.М. // Биоорган. химия. 1993. Т. 19. С. 623 - 628.
7. Попов Е.М. Структурная организация белков. М.: Наука, 1989.
8. Akhmedov N.A., Akhverdieva G.A., Godjaev N.M., PopovE.M. Ц Int. J. Peptide Protein Res. 1986. V. 27. P. 95 -111.
9. Ахмедов H.A., Шевченко A.A. Молекулярные процессы в биологических системах. Баку, 1987. С. 3 - 6.
Structural Organization of Rimorphin and Its Synthetic Analogs
N. A. Akhmedov1, T. A. Makhmudova, R. I. Khalilov, and N. M. Zeinalova
Rasul-zade State University. Baku, Azerbaïdjan
Abstract - The spatial structure and conformations of rimorphin were investigated using theoretical conformational analysis. The spatial organization of the peptide can be described by a set of 11 low-energy conformations of the backbone. By solving the reverse conformational problem, a number of modified amino acid se-• querices ([Ala2], [Ala3], [MePhe9], [McLys10], [MeVal11], and [McVal12]-analogs of rimorphin) were determined that have spatial structures corresponding to the set of low-energy conformations and should, therefore, possess physiological activity.
Key words: theoretical conformational analysis, opioid peptides, peptide structure and functions, rimorphin.
1 To whom correspondence should be addressed: kv. 61, dom 7, zh/m "V", pos. Gyunyashli, Baku, 370133 Azerbaïdjan.
БИООРГАНИ'ШСКАЯ ХИМИЯ том 21 № 8 1995
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.