Научная статья на тему 'Пространственное строение усиливающего ВИЧ гептапептида Glu-Ile-Leu-Asn-His-Met-Lys в растворе и комплексе: гептапептид - модель биологической мембраны'

Пространственное строение усиливающего ВИЧ гептапептида Glu-Ile-Leu-Asn-His-Met-Lys в растворе и комплексе: гептапептид - модель биологической мембраны Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
94
23
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ОЛИГОПЕПТИДЫ / МИЦЕЛЛЫ / ЯМР 1Н СПЕКТРОСКОПИЯ / NMR $^{1}$H SPECTROSCOPY / TOCSY / NOESY / OLIGOPEPTIDES / MICELLES

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Рахматуллин Ильфат Зуфарович, Блохин Дмитрий Сергеевич, Аганова Оксана Вартановна, Юльметов Айдар Рафаилович, Филиппов Андрей Васильевич

Методами ЯМР 1Н спектроскопии, двумерной ЯМР (TOCSY, HSQC-HECADE, NOESY) спектроскопии определено пространственное строение синтетического фрагмента SEVI - гептапептида Glu-Ile-Leu-Asn-His-Met-Lys в растворе и комплексе: гептапептид - модель поверхности мембраны клетки (мицеллы додецилсульфата натрия, ДСН). Комплексообразование подтверждено изменением химических сдвигов ЯМР 1Н спектров гептапептида, а также знаками и величинами ядерного эффекта Оверхаузера в различных средах. Проведено сравнение пространственного строения гептапептида

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Рахматуллин Ильфат Зуфарович, Блохин Дмитрий Сергеевич, Аганова Оксана Вартановна, Юльметов Айдар Рафаилович, Филиппов Андрей Васильевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Glu-Ile-Leu-Asn-His-Met-Lys, определенного в водном растворе и комплексеThe spatial structure of a synthetic fragment of SEVI - heptapeptide Glu-Ile-Leu-Asn-His-Met-Lys - in solution and in the complex with a model cell membrane surface (a micelle based on sodium dodecyl sulfate) was determined and described by 1H NMR spectroscopy and two-dimensional NMR (TOCSY, HSQC-HECADE, NOESY) spectroscopy. The complexation was confirmed by the change in the chemical shifts of the heptapeptide's 1H NMR spectra as well as by the signs and values of NOE effects in various media. A comparison of the spatial structure of heptapeptide Glu-Ile-Leu-Asn-His-Met-Lys in water solution and in the complex was made.

Текст научной работы на тему «Пространственное строение усиливающего ВИЧ гептапептида Glu-Ile-Leu-Asn-His-Met-Lys в растворе и комплексе: гептапептид - модель биологической мембраны»

УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ КАЗАНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

Физико-математические пауки

УДК 541.12.038.2:536.75:536.728

ПРОСТРАНСТВЕННОЕ СТРОЕНИЕ УСИЛИВАЮЩЕГО ВИЧ ГЕПТАПЕПТИДА Glu-Ile-Leu-Asn-His-Met-Lys В РАСТВОРЕ И КОМПЛЕКСЕ: ГЕПТАПЕПТИД -МОДЕЛЬ БИОЛОГИЧЕСКОЙ МЕМБРАНЫ

И.З. Рахматуллип, Д. С. Блохип, О.В. Агапова, А.Р. Юлъметов, A.B. Филиппов, A.B. Агапов, В.В. Клочков

Аннотация

Методами ЯМР ХН спектроскопии, двумерной ЯМР (TOCSY, HSQC-HECADE, NOESY) спектроскопии определено пространственное строение синтетического фрагмента SEVI гептапептида Glu-Ile-Leu-Asn-His-Met.-Lys в растворе и комплексе: геп-тапептид модель поверхности мембраны клетки (мицеллы додецилсульфата натрия. ДСН). Комплексообразовапие подтверждено изменением химических сдвигов ЯМР ХН спектров гептапептида, а также знаками и величинами ядерного эффекта Оверхаузе-ра в различных средах. Проведено сравнение пространственного строения гептапептида Glu-Ile-Leu-Asn-His-Met.-Lys, определенного в водном растворе и комплексе.

Ключевые слова: олигопептиды, мицеллы, ЯМР ХН спектроскопия, TOCSY, NOESY.

Введение

Пептид PAP 248-286 (англ. prostatic acid phosphatase - простатическая кислая фосфатаза). состоящий из 39 аминокислотных остатков, продуцируется простатой и содержится в сперме. Показано, что этот пептид формирует амилоидоподобные фибриллы [1]. образующие волокна вблизи клеточной мембраны и играющие определенную роль в оплодотворении [2]. Вместе с тем присутствие волокон PAP может многократно увеличить риск инфекций, в том числе и ВИЧ. способствуя прикреплению вируса к живой клетке [3]. Предполагается, что эти амилоидные волокна, известные как SEVI (Semen-derived Enhancer of Viral Infection полученный из спермы, усиливающий вирусную инфекцию), служат поликатионными мостами, нейтрализующими отрицательный заряд (заряд на поверхности мембраны) между капсидом вируса и мембраной клетки [4]. Однако механизм действия PAP до сих пор остается слабо изученным.

248-286

His-Met-Lys (EILNHMK). вследствие чего можно предположить, что изучение взаимодействия гептапептида с клеточной мембраной может быть полезным для понимания механизма активности данного пептида в целом.

Цель настоящей работы заключалась в определении пространственной структуры EILNHMK в мембраноподобном окружении (мицеллы додецилсульфата натрия. ДСН) методами ЯМР-спектроскопии высокого разрешения. Описание пространственного строения комплекса РАР-пептид мембрана так же. как и строение РАР-пептида в растворе, позволит подойти к пониманию одного из важных механизмов процессов биохимического взаимодействия, протекающих на поверхности клеток. Это. в свою очередь, в перспективе даст возможность поиска эффективных лекарственных препаратов, ингибирующих связывание клеточной мембраны с вирусом ВИЧ или другой вирусной инфекцией.

1. Экспериментальная часть

Синтез исследуемого гептапептида выполняли методом твердофазного синтеза [5. 6] с помощью автоматического синтезатора пептидов ABI 433А (Applied Biosystems. Foster City. CA. USA) [7] при использовании аминокислот, защищенных Э-флуоренилметокси-карбонильными группами, и контролем процесса по анализу проводимости реакционной смеси. Отделение пептида от подложки и защитных групп производили в кислой среде на основе трифторуксусной кислоты. Очистку пептида производили методом высокопроизводительной жидкостной хроматографии на приборе Series 200 Perkiri Elmer HPLC System (Waltliarii, MA. USA) в системе вода ацетонитрил. Качество конечного продукта характеризовали. используя метод MALDI-TÜF (Matrix-Assisted Laser Desorptiori-Ioriizatiori) масс-спектрометрии. Образец пептида хранили при температуре -75 ° С до его использования.

Регистрацию одномерных ^Н, 13С) и двумерных ^Н^Н, спектров

ЯМР гептапептида EILNHMK в растворах воды (Н20 + D20 / 95% + 5%) и лио-тропной жидкокристаллической среды проводили на ЯМР-спектрометре AVANCE 11-500 (Bruker) (500 МГц (1 Н), 125.76 МГц (13 С)) при температуре 293 К. Спектрометр работал в режиме внутренней стабилизации по линии резонанса 2Н. При 1°

сами равнялись 2 с: ширина спектра была 8.6 м.д.: число накоплений от 10. Для

1

спектроскопию. Образцы представляли собой растворы соединения в соответству-

1

13С спектров. Химические сдвиги определяли относительно ДСС (4.4-диметил-4-силапеитаи-1-сульфокислота). Ошибка в определении величин диполь-дипольного взаимодействия не превышала 1 Гц.

Остаточные величины диполь-дипольного взаимодействия (ДДВ) между магнитными ядрами в EILNHMK определялись в смеси п-алкил-иоли( этилен) гликоль (С12 Е5 , где 12 - число атомов углерода в n-алкильной группе, а 5 - число гликоль-пых групп в поли (этилен) гликоле) и n-гексанол в воде (5.6% (весовых)). Молярное отношение п-алкил-поли(этилей)гликоль : гексанол равно 0.96. Существование ла-меллярной Ьа-фазы подтверждалось наблюдением квадрупольного расщепления 22

стемы. Жидкокристаллическая система па основе п-алкил-иоли( этилен) гликоля и n-гексанола готовилась так. как описано в работах [9. 10]. Мицеллярный раствор 22

пептид смешивали с мицелляриым раствором непосредственно перед измерениями.

При проведении двумерных ЯМР-экспериментов (NOESY-модификация) в молекулярной системе время задержки между последовательностями импульсов было втрое большим, чем усредненное время продольной релаксации T1 для протонов гептапептида EILNHMK. Спектры записывали с использованием фазочувствитель-ной методики для 1024 точек F2-координаты и 256 точек F1-координаты; использовали экспоненциальную фильтрацию вдоль обеих координат. Параметр времени смешивания тт выбирали равным 0.10, 0.15, 0.20, 0.25, 0.30, 0.35 и 0.40 с.

2. Результаты и их обсуждение

2.1. ЯМР-спектроскопия гептапептида EILNHMK в растворе. Объект исследования (рис. 1) представляет собой олигопептид, включающий в себя семь аминокислотных остатков: глутаминовую кислоту, изолейцин, лейцин, аспа-рагин, гистидин, метионин и лизин.

Рис. 1. Структурная формула гентанентида Glu-Ile-Leu-Asn-His-Met-Lys (EILNHMK)

Рис. 2. Спектр ЯМР ХН (500 МГц) гептапептида ЕП^НМК в растворе Н20 + В20

Табл. 1

ЯМРХН -химические сдвиги геитаиеитида ЕИ^НМК в растворе 2О +

Остаток Химические сдвиги, м.д.

NH На H/i Н7 Прочие

Glu 3.95 2.31 1.97

lie 8.56 4.04 1.66 0.74 1.03 (71), 0.72 (6)

Leu 8.34 4.22 1.44 1.34 0.76 (&), 0.70 (¿2)

Asn 8.48 4.50 3.09 7.15 (¿2)

His 8.4 4.53 2.61 7.47 (¿1), 6.77 (¿2)

Met 8.29 4.31 1.93 2.44 1.97 (е)

Lys 8.19 4.13 1.74 1.29 1.55 (8), 2.86 (е), 7.40 (z)

На рис. 2 представлен спектр ЯМР 1Н (500 МГц) гептапептида EILNHMK,

растворенного в водной среде, а в табл. 1 приведены ЯМР 1Н химические сдвиги

исследуемого гептапептида.

Отнесение сигналов альфа-протонов, протонов метиленовых и метильных групп

11

11

химических сдвигах протонов в аминокислотных фрагментах, а также интегральных интенсивностей сигналов в спектрах ЯМР.

11е ЫЫЛ1е -11е ЫЫ/11е у

11е ЫЫ/11е р

Ме1 ЫЫ/Ме1р Ме1 ЫЫ/Ме1в

— Ьеи ЫЫ/Ьеиг

— Ьеи ЫЫ/Ьеи у I— Ьуй ЫЫ/Ьуй о

——Ьеи ЫЫ/Ьеир § 1-Ьуй ЫЫ/Ьуй

I- Ьу5 ЫЫ/Ьуй Р

I—Ме1 ЫИ/Ме4

Л5П ЫЫМт — ♦

-К5 ЫЫ/Ш р

—лйп ыы/лйп р

- Ьеи ЫЫ/Ьеи а

|-ЬуйЫЫ/Ьуй а

&

-Ме1 ЫЫ/Ме1 о

-Ш ЫЫ/Кз о

- Ьуй г/Ьуй у

- Ьуй 2/Ьуй 8

- Ьуй г/Ьуэ а

- лйп 52/лйп р

8.4 8.2 8.0 7.8 7.6 7.4 7.2 7.0 6.8 ррт

Рис. 3. Область ^^Н ТОСЯУ спектра ЯМР гептапептида в растворе Н2О + Б20

Табл. 2

ЯМР 13 С 22

9.2 9.0

Остаток Химические сдвиги, м.д.

СО Со С/3 С7 Прочие

аи 169.26 52.17 29.16 26.38 176.69 (6)

Не 172.91 58.43 35.80 14.63 24.51 (71), 9.92 (6)

Ьеи 117.34 52.17 39.73 24.23 20.67 (¿1), 22.04 (<Ь)

Авп 172.18 52.58 26.03 128.54

Шв 171.42 50.32 36.19 173.86 (е1), 174.1 (51)

173.04 53.03 30.22 29.51 14.17 (е)

Ьув 176.48 53.68 30.22 22.04 26.34 (6), 39.39 (е)

На основе полученных данных о химических сдвигах протонов были определены величины химических сдвигов ЯМР ядер Для этого был снят ШОС

спектр ЯМР ЕШШМК в растворе НгО + БгО. Сигналы от углеродов карбоксильной группы аминокислотных фрагментов были определены на основе спектров НМВС. В табл. 2 приведены химические сдвиги сигналов углеродных групп гептапептида.

2.2. Пространственное строение Е1ЫМНМК, определенное на основе анализа величин остаточного диполь-дипольного взаимодействия. Двумерная ЯМР УОЕЗУ-спектроскоиия не всегда эффективна при исследовании пространственной структуры небольших молекул, таких как олигоиептиды. поскольку ее возможности ограничены малыми временами корреляции движения этих молекул в растворе. Как известно, диполь-диполыгое взаимодействие между магнитными ядрами полностью усредняется в изотропном растворителе, но при растворении молекулярной системы в лиотроиной жидкокристаллической среде возможно появление остаточного диполь-дипольного взаимодействия между магнитными ядрами, в том числе и между ядрами 1Н и 13С, за счет анизотропных вкладов вследствие ограниченности движения молекул. Величина, характеризующая это взаи-

ррт 5-

а)

11е 8 КССВ= 124,1 Гц

11е у КССВ=122,2 Гц Ьеи 8 КССВ=120,3 Гц

ррт 5-

б)

0.5 ррт

11е 8 КССВ=122,3Гц

11е ТКССВ=129,8Гц

Г^ ^¡Зй..

Ьеи 8 КССВ=126,0Гц

. „да)».! СА

0.5 0.4 ррт

Рис. 4. Области НЯС^С-НЕСАБЕ ЯМР-спектров гептапептида Е1ЬМНМК в воде

(о) и смеси С12Е5 , гексаиола и воды (б)

Табл. 3

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Величины остаточного диполь-диполыгого взаимодействия для гептапептида Е1ЬКНМК в лиотроппой жидкокристаллической среде

0.7

Остаток 1ПоН; Гц

На Кр Н7 Прочие

Ши -0.7 1.5

Не -0.1 3.7

Ьув 35.9 6.2 (6), -0.9 (е)

модействие. извлекается из ЯМР-спектров в виде значения остаточного диполь-дипольного взаимодействия (^сн), зависящего от угла между направлениями магнитного поля и межъядерного вектора Это обстоятельство позволя-

ет определить пространственное строение органических молекул в растворе.

Экспериментальные величины остаточного диполь-диполыгого взаимодействия получены с помощью НБСЗС-НЕСАОЕ-эксперимента [11]. Двумерные ЯМР

НБСЗС-НЕСАОЕ-эксперименты для гептапептида ЕИЖНМК позволили получить значения прямых констант спин-спинового взаимодействия (КССВ) между ядрами ^ и 13С (1Л сн) в воде (рис. 4, о) и в жидкокристаллической лиотроппой системе (Дсн + ^сн) (рис. 4, б).

Величины ^сн (табл. 3) были получены вычитанием величин констант спин-спинового взаимодействия в воде (1 Лсн) из значений прямых констант спин-спинового взаимодействия, определенных в лиотроппой жидкокристаллической среде (Дсн + ^сн) • Анализ полученных величин 1Б сн осуществлялся с помощью программы ОУХАМО. использующей методы молекулярной механики [12]. Данная программа позволяет связывать значения наблюдаемых констант и пространственное расположение межъядерных векторов относительно внешнего магнитного поля в рамках известной конформации исследуемой молекулы.

Критерием соответствия исходной структуры реальной является линейная корреляция между наблюдаемыми и рассчитанными значениями остаточных величин диполь-диполыгого взаимодействия. Оптимизация исходной конформации гептапептида ЕЛХНМК в программе БУХАМО путем использования в качестве входных данных экспериментально полученные величины диполь-диполыгого взаимодействия позволила выбрать единственную пространственную структуру, для ко-

Рис. 5. Линейная корреляция между наблюдаемыми хОсн (эксп) и рассчитанными ^сн (теор) для гептаиептида Е1ЬМНМК

торой наблюдалась линейная корреляция между наблюдаемыми и рассчитанными константами ^сн (рис. 5).

Определенная таким образом пространственная структура гептапептида ЕИУНМК в растворе, для которой наблюдалось лучшее соответствие между наблюдаемыми и рассчитанными величинами остаточного диполь-диполыгого взаимодействия. приведена на рис. 8. а.

2.3. Пространственное строение гептапептида Е1ЫМНМК в комплексе: олигопептид — синтетическая модель поверхности мембраны клетки. Мембранные белки различаются по своему положению в мембране. Они могут глубоко проникать в липидный бислой или даже пронизывать его (интегральные белки) либо разными способами прикрепляться к мембране, образуя с ней комплекс (поверхностные белки) [13]. ЯМР-спектроскопия в настоящее время позволяет исследовать структуру белков, липидных мембран и их комплексов, хотя при исследовании последних имеются существенные трудности. Работы [14 16] являются примерами первых исследований комплексов протеин мембрана методом ЯМР-спектроскопии высокого разрешения.

Мицеллы являются удобной моделью мембранной поверхности для структурных исследований методом ЯМР-спектроскопии [16. 17] и могут быть использованы для моделирования поведения протеинов на биологических мембранах для небольших гидрофобных протеинов [18].

Поверхностно-активные вещества (ПАВ) образуются из молекул, состоящих из гидрофобных и гидрофильных участков. ПАВ имеют критическую концентрацию мицеллообразования (ККМ), с достижением которой при добавлении ПАВ в раствор его концентрация на границе раздела фаз остается постоянной. В результате такой агрегации образуются так называемые мицеллы, при этом полярная группа мицелл в водной среде расположена на ее оболочке (гидрофильная часть мицеллы), а центральная часть мицеллы являлась гидрофобной [17. 18].

Нужно отметить, что для молекул с большими молекулярными массами, связанными с мицеллами на основе ПАВ. существуют ограничения для структурных исследований, использующих внутримолекулярные 1Н КОЕ-эксиерименты [19, 20]. При образовании комплекса протеин мицелла заметно увеличивается молекулярная масса по сравнению с массой несвязанного протеина, так что в этом случае появляется возможность использования двумерной ЯМР УОЕЗУ-спектроскоиии при решении структурных задач и для небольших по количеству аминокислот протеинов [19 21].

1

растворенного в воде с мицеллами на основе додецилсульфата натрия (ДСН),

ЬуБ ЫН Ьеи ЫН Мег ЫН Н1Б ЫН АБП ЫН 11е ЫН

АБП 62

Н1Б а не о

Акп а Мег о

.Л^лл.^

V

3.0 7.5 7.0 6.5 6.0 5.5 5.0

4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5

1.0 0.5 ррт

Рис. 6. ЯМР ХН (500 МГц) спектр ЕШШМК в растворе Н2О -^О с ДСН

Табл. 4

ЯМР ХН 22

(в скобках приводопы значения химических сдвигов различающиеся более чем па 0.1 м.д.. в водном растворе, взятые из табл. 1)

Остаток Химические сдвиги, м.д.

КН На Я/3 Н7 Прочие

Ши 3.41 (3.95) 1.39 (2.31) 1.18 (1.97)

Не 8.50 4.00 1.76 0.71 1.45 (1.03) (71) 0.68 (<5)

Ьеи 7.90 (8.34) 4.14 1.67 (1.44) 1.62 (1.34) 0.82 (¿1) 0.58 (0.70) (<Ь)

Авп 8.10 (8.48) 4.49 3.14 7.27 (7.15) (<Ь)

Шв 8.09 (8.4) 4.43 2.63 7.37 (¿1) 6.70 (£1)

Met 7.92 (8.29) 4.11 (4.31) 1.93 2.44 2.08 (1.97) (е)

Ьув 7.85 (8.19) 4.14 1.74 1.33 1.60 (6) 2.88 (е)

образование которых (мицелл) контролировалось методом ЯМР 1Н, как это предложено в работах [22]. Отнесение сигналов этого спектра сделано, опираясь на дан-

11

1

Е1Ь>ШМК в мицеллярном растворе.

Образование комплекса в данной системе подтверждается двумя фактами, во-первых. изменением химических сдвигов ЕГЬХНМК при смене среды (табл. 4). что свидетельствует об изменении химического окружения ядер исследуемой молекулы. Во-вторых, наблюдающийся положительный кросс-пик в двумерном ЯМР 11

лярной массы молекулы.

Для того чтобы охарактеризовать пространственную геометрию гептапептида Е1Ь^ШМК в комплексе с мицеллами додецилсульфата натрия записывались двумерные ЯМР ]МОЕ8У спектры с вариацией времени смешивания тт (см. рис. 7 как пример).

11

между сигналами протонов внутри аминокислотных остатков, так и между протонами. которые относятся к различным аминокислотным фрагментам. Анализируя

Уи

11е ЫН/Пе у Ъеи ЫН/11е у

Ни ЫН/Шз р Аап ЫН/Азп р

11е ЫН/11е о 11еЫН/Ме1 -Ш ЫН/Ъеи а Ш ЫН/Ш а Аэп NH/Asn а

Ъеи ЫН/Ъеи а Аэп ЫН/ЫН Ме1,

Шэ ЫН/Н1з р

Ме1 ЫН/Ме^ ЪУ8 ^У15 е -Ъеи ЫН/11е а

Ъуэ ЫН/Ъуэ а -Ъуэ ЫН/Шэ а

-Шэ &1/Н1э е1

Ъеи ЫН/Аэп а Ме1 ЫН/Шэ

11е ЫН/Ъеи ЫН

Н1зе1/Ш 81

Ме1 ЫН/Аэп ЫН Ъеи ЫН/11е ЫН

9.0 8.8 8.6 8.4 8.2 8.0 7.8 7.6 7.4 7.2 7.0 6.8 6.6 6.4 6.2 ррт

2

3

4

5

6

7-

8-

9-

Рис. 7. Область ^^Н КОЕЯУ спектра ЯМР гептапептида Е1ЬКНМК в растворе Н2О + 020 с додецилсульфатом натрия, время смешивания тт = 0.4 с

Табл. 5

Межпротоппые расстояния для гептапептида Е1ЬКНМК в мицеллярпом растворе: (*) калибровочное расстояние: ошибка в определешш расстояний до 8%

Пара атомов Межиротошюе расстоя1ше г. А КОЕЯУ Межпротошюе расстоя1ше г. А БУКАМО

Н5 Ш1 Шв Н 1 2.6* 2.6

N4 XII Мб XII 3.4 ±0.2 3.4

12 КН ЬЗ КН 3.6 ± 0.2 3.4

Н5 КН ЬЗ На 3.2 ± 0.2 3.3

ЬЗ КН 12 На 3.8 ±0.2 3.6

12 КН 12 На 3.5 ± 0.2 3.3

X I КН X I н п 3.4 ±0.2 3,5

X I Н И X I На 3.4 ±0.2 3.2

Н5 КН Н5 Я/3'2 3.0 ±0.2 2.9

Мб КН Мб Н72 4.3 ±0.2 4.4

12 КН 12 Я/3 3.2 ± 0.2 3.1

ЬЗ КН 12 Н7И 4.4 ±0.2 4.3

12 КН 12 Н712 4.7 ±0.2 4.7

Мб На Мб Не2 3.0 ±0.2 3.1

ЬЗ На 12 Я/3 3.9 ± 0.2 4.0

и обрабатывая данные кросс-пики с использованном методики, изложенной в работе [21]. были получены межпротонные расстояния в гоптапоптидо ЕГЬКНМК (табл. 5). В качестве калибровочной интенсивности кросс-пиков был выбран кросс-пик между ароматическими протонами гистидина Швб Н 61 - Шв5 Н е 1. Такой выбор обусловлен тем. что ароматическое кольцо представляет собой жесткую конструкцию и расстояние между протонами соседних атомов можно считать неизменным при любых внешних условиях. Расстояние между калибровочными протонами определялось различными методами и принято равным 2.6 А.

Рис. 8. Пространственное строение Е1ЬКНМК: а) в растворе: б) в комплексе с синтетической моделью поверхности мембраны клетки

Табл. 6

Расстояния между некоторыми атомами Е1ЬКНМК для копформаций в растворе и комплексе с мицеллами додецилсульфата натрия

Пара атомов Расстояние. А

Раствор Комплекс

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Е1 С<5 К7 СО 14.4 15.0

Мб яг ЬЗ С7 12.3 9.6

Е1 К К7 Кг 17.6 12.2

ЬЗ К Мб К 7.4 7.6

12 сг ЬЗ С<51 10.2 6.9

Расчет с использованном метода молекулярной механики по программе БУКАМО [12]. исходными данными для которой служили полученные межпротонные расстояния, позволил однозначно определить пространственную структуру как наиболее подходящую для гептапептида (рис. 8. б).

В результате проведенных исследований определены координаты атомов (в рс!Ь-формате) пространственной структуры гептапептида Е1ЬКНМК в растворе и в комплексе с мицеллами додецилсульфата натрия в растворе НгО + БгО, которые можно получить у авторов работы.

Для количественного сравнения пространственного строения гептапептида в растворе и комплексе Е1ЬКНМК модель поверхности мембраны рассчитаны расстояния между некоторыми атомами в гоптапоптидо ЕГЬКНМК. используя полученные координаты (см. табл. 6).

Как видно из табл. 6. существенного изменения в конформациях молекулы не произошло, н все отличия могут быть интерпретированы поворотом отдельных групп молекулы. Качественное рассмотрение изменения ЯМР 1Н химических сдвигов при смене среды (табл. 4) позволило предположить, что комплоксообразованио гептапептида ЕИКНМК с мицеллой додецилсульфата натрия осуществляется гидрофобной частью аминокислотными остатками изолойцина и лейцина, поскольку сама мицелла имеет гидрофильную поверхность.

Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки РФ (госконтракт Л*1' 16.552.11.7008) и Академии наук РТ (проект 12-03-97040).

Summary

I.Z. Rakhmatullin, D.S. Blokhin, О. V. Aganova, A.R. Yulmetov, A.V. Füippuv, A.V. Aga-nov, V. V. Klochkov. Spatial Structure of HIV-Enliancing Heptapeptide Glu-Ile-Leu-Asn-His-Met.-Lys in Solution and in the Complex with a Model Biological Membrane.

The spatial structure of a synthetic fragment of SEVI heptapeptide Glu-Ile-Leu-Asn-His-Met.-Lys in solution and in the complex wit.li a model cell membrane surface (a micelle based on sodium dodecyl sulfate) was determined and described by 1H NMR spectroscopy and

two-dimensional NMR (TOCSY, HSQC-HECADE, NOESY) spectroscopy. The complexation

1

well as by the signs and values of NOE effects in various media. A comparison of the spatial structure of heptapeptide Glu-Ile-Leu-Asn-His-Met-Lys in water solution and in the complex was made.

Key words: oligopeptides, micelles, 1

Литература

1. Münch J., Rucker E., Standkcr L., Adermann К., Guffinet С., Schindler M., Wildum S., Chinnadurai R., Rajan D., Specht A., Gimenez-Gallego G., Sanchez P.C., Fowler D.M., Koulov A., Kelly J. W., Moth.es W., Grivel J.G., Margolin L., Keppler O.T., Forssmann W.G., Kirchhoff F. Semen-derived amyloid fibrils drastically eidiance HIV infection // Cell. 2007. V. 131, No 6. P. 1059 1071.

2. Hassan M.I., Aijaz A., Ahmad F. Structural and functional analysis of human prostatic acid phosphatase // Expert Rev. Anticancer Tlier. 2010. V. 10, No 7. P. 1055 1068.

3. Nanga R.P., Brender J.R., Vivekanandan S., Popovych N., Ramamoorthy A. NMR structure in a membrane environment reveals putative amyloidogenic regions of the SEVI precursor peptide PAP(248 286)//J.Am. Chem.Soc. 2009. V. 131, No 49. P. 17972 17979.

4. Roan N.R., Münch J., Arhel N., Moth.es W., Neidleman J., Kobayashi A., Smith-McGune K., Kirchhoff F., Greene W.G. The cationic properties of SEVI underlie its ability to eidiance human immunodeficiency virus infection // J. Virol. 2009. V. 83, No 1. P. 73 80.

5. Merrifield R.B. Solid phase peptide synthesis. I. The synthesis of a tetrapeptide // J. Am. Chem. Soc. 1963. V. 85. P. 2149 2154.

6. Jones J. Amino acid and peptide synthesis. N. Y.: Oxford Univ. Press, 2002. 92 p.

7. Filippov A. Synthesis and aggregation studies on amyloid oligomers of Alzheimer's Abet.a peptides. Lulea: University of Technology, 2010. 26 p.

8. Alba E., Tjandra N. NMR dipolar couplings for the structure determination of biopolymers in solution // Prog. NMR Spect.rosc. 2002. V. 40. P. 175 197.

9. Ruckert A4., Otting G. Alignment of biological macromolecules in novel lionionic liquid crystalline media for NMR experiments // J. Am. Chem. Soc. 2000. V. 122, No 32. P. 7793 7797.

10. Klochkov V.V., Klochkov A.V., Thiele C.M., Berger S. A novel liquid crystalline system for partial alignment of polar organic molecules // J. Magn. Reson. 2006. V. 179, No 1. P. 58 63.

11. Kozminski W., Nanz D. Sensitivity improvement and new acquisition scheme of liet.ero-liuclear active-coupling-pattern-tilting spectroscopy // J. Magn. Reson. 2000. V. 142, No 2. P. 294 299.

12. Delaglio F., Grzesiek S., Vuister G.W., Zhu G., Pfeifer J., Bax A. NMRPipe: a multi-dimensional spectral processing system based on UNIX pipes // J. Biomol. NMR. 1995. V. 6, No 3. P. 277 293.

13. Coles М., Bicknell W., Watson A.A., Fairlie D.P., Craik D.J. Solution structure of amyloid e_PePtide(l-40) in a water-micelle environment. Is the membrane-spanning domain where we think it is? // Biochemistry. 1998. V. 37, No 31. P. 11064 11077.

14. Henry G.D., Sykes B.D. Methods to study membrane protein structure in solution // Methods Enzymol. 1994. V. 239. P. 515 535.

15. Lee K.H., Fitton J.E., Wuthrieh. K. Nuclear magnetic resonance investigation of the conformation of ¿-haemolysin bound to dodecylphosphocholine micelles 11 Biochim. Biophys. Acta. 1987. V. 911, No 2. P. 144 153.

16. Braun W., Wider G., Lee K.H., Wuthrieh K. Conformation of glucagon in a lipid-water interphase by XH nuclear magnetic resonance //J. Mol. Biol. - 1983. - V. 169, No 4. -P. 921 948.

17. Motta A., Pasture A., Guud N.A., Castigliune Murelli M.A. Solution conformation of salmon calcitonin in sodium dodecyl sulfate micelles as determined by two-dimensional NMR and distance geometry calculations // Biochemistry. 1991. V. 30, No 43.

P. 10444 10450.

18. Wang G., Keifer P.A., Peterkufsky A. Solution structure of the N-terminal ampliitropic domain of Eseh.erieh.ia euli glucose-specific enzyme IIA in membrane-mimetic micelles // Protein Sci. 2003. V. 12, No 5. P. 1087 1096.

19. Ernst R.R., Budenhausen В., Wukaun A. Principles of Nuclear Magnetic Resonance in One and Two Dimensions. Oxford: Oxford Univ. Press, 1987. 610 p.

20. Berger S., Braun S. 200 and More NMR Experiments. Weinheim: Wiley-VCH, 2004. 810 p.

21. Bremer J., Mendz G.L., Moore W.J. Skewed exchange spectroscopy. Two-dimensional method for the measurement of cross relaxation in proton NMR spectroscopy // J. Am. Chem. Soc. 1984. V. 106, No 17. P. 4691 4696.

22. Влохии Д.С., Ефимов С.В., Клочков А.В., Юльме.тов А.Р., Филиппов А.В., Агапов А.В., Клочков В.В. Пространственное строение декапептида Val-Ile-Lys-Lys-Ser-Tlir-Ala-Leu-Leu-Gly в комплексе протеин мицеллы додецилсульфата натрия // Учен, зап. Казап. уп-та. Сер. Естеств. пауки. 2011. Т. 153, кп. 1. С. 59 70.

Поступила в редакцию 01.02.12

Рахматуллин Ильфат Зуфарович студент Института физики Казанского (Приволжского) федерального университета.

Влохин Дмитрий Сергеевич студент Института физики Казанского (Приволжского) федерального университета.

Аганова Оксана Вартановна студент Института физики Казанского (Приволжского) федерального университета.

Юльметов Айдар Рафаилович кандидат физико-математических паук, ассистент кафедры общей физики Казанского (Приволжского) федерального университета.

Филиппов Андрей Васильевич доктор физико-математических паук, профессор кафедры физики молекулярных систем Казанского (Приволжского) федерального университета.

Аганов Альберт Вартанович доктор химических паук, профессор кафедры общей физики, директор Института физики Казанского (Приволжского) федерального университета.

Клочков Владимир Васильевич доктор химических паук, профессор кафедры общей физики Казанского (Приволжского) федерального университета.

E-mail: Vladimir.kloehkov Qksu.ru

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.