вает энергию связывания. Можно предполагать, что и для регуляторных пептидов, содержащих гистидин, свободный гистидин является в определенной степени агонистом.

Имидазольное кольцо гистидина имеет несколько резонансных форм:

I I I I

С С С НС

^СН HN-/ Ч^СН HN+-^ \сн HN^ \сн

\ I \ L \ I \ I

НС-NH НС-N Н Н2С-N Н НС-N Н

а б в г

Относительный вклад этих форм в общую энергию состояния кольца оценивается как 40% (а), 32 (б), 23 (в) и 5% (г) (Ching-Fa Wu et al., 1995). Резонанс электронных структур влияет на взаимодействие гистидила с соседними аминокислотными остатками, имеющими ароматические боковые группы, и определяет универсальность строения каталитических центров многих протеиназ, в частности так называемого блока «Charge-relay-system» (D—Н—S), который мы рассмотрим в разделе 1.2.3. Теоретические расчеты максимальных и минимальных расстояний между тс- и т-атомами азота боковой группы и основной цепью полипептида показали, что близко расположенные вдоль цепи остатки гистидина склонны к ассоциации, т. е. к пространственному сближению, и таким образом стабилизируют активную конформацию пептида (Karlin et al, 1994). Приме-

41

ром высокой активности и тканеспецифичности действия пептидов, содержащих близко расположенные звенья гистидина, может служить щелочной пептид гистатин, выделенный из околоушной слюнной железы человека. В его структуре содержится шесть остатков гистидина из имеющихся в нем 22 аминокислот. Самый активный участок этого пептида состоит из восьми остатков, три из которых — остатки гистидина:

-K-H-H-S-H-R-G-Y-

Этот пептид из семейства гистатинов индуцирует рост пе-риодонтальных фибробластов при концентрации 0.1 мкг/мл и рекомендован для лечения парадонтозов (Takemura et al., 1994). По своим регуляторным характеристикам он может быть отнесен к классу цитомединов, а его специфическая биологическая активность определяется совокупностью всех физико-химических характеристик гистидиновых звеньев, которые были рассмотрены в этом разделе. Следует только подчеркнуть, что два гистидиновых остатка, расположенных рядом, значительно повышают селективность пептида в реакциях хелатирования полизарядных ионов металлов, что, по-видимому, важно как для нормальной регенерации периодонта, так и для осуществления других регуляторных функций.

1.2.3. Конформации пептидов в растворе

Образование полипептидной цепи — это частный случай полимеризации, в результате которой уменьшается суммарное число степеней свободы мономеров, а за счет этого макромолекула приобретает качественно новые внутримолекулярные степени свободы — конформационные, которые возникают вследствие поворотной изомерии полимерной цепи и отсутствуют у простых молекул.

По мере удлинения пептидной цепи порядок в системе возрастает аналогично тому, как горсть рассыпанных бус приобретает упорядоченность при нанизывании на нитку. При этом вероятность соприкосновения отдельных бусинок друг с другом увеличивается, если нитка будет скручена или свернется. В рамках этой аналогии объединение аминокислот в одну цепную молекулу позволяет их боковым группам сталкиваться и взаимодействовать друг с другом при изги-

42

бании и складывании пептидной цепи. Чем длиннее цепь, тем больше набор энергетически доступных конформацни.

Порядок расположения аминокислотных остатков относительно друг друга в молекуле пептида фиксирован, но именно вращение атомов и групп вокруг валентных связей, которое определяется набором возможных торсионных углов, обеспечивает существование множества конформацни пептида. Основная цепь пептида в растворе никогда не имеет простой формы вытянутой нитки. Наиболее вероятная конформация синтетического гомополимера — статистический (беспорядочно спутанный) клубок с максимальным значением конформационной энтропии. Природный пептид имеет более организованную конформацию — его цепь сложена в упорядоченные блоки из-за скручивания и уплотнения пептидной цепочки (Полинг, 1964). Методами рентгеноструктурного анализа было установлено, что полипептидная цепь, состоящая из L-изомеров, изогнута в виде спирали. Один шаг а-спирали вдоль оси пептида составляет 5.4 А, и на каждый виток спирали приходится приблизительно 3.6 аминокислотных остатка. Каждый из. остатков связан с остатками предыдущего и последующего витков водородными связями между атомом водорода амидной и атомом кислорода карбонильной групп.

На этом уровне молекулярной организации обнаруживается принципиально новое свойство пептидных молекул — способность выделить часть пространства как внутримолекулярную. Эта область внутри ос-спиральной структуры недоступна для молекул воды и низкомолекулярных электролитов, тогда как остальная часть пространства, занятая растворителем, электролитами и другими пептидами, может быть названа внешней. Боковые группы аминокислот направлены в сторону внешнего пространства, гидратированы в соответствии со своими гидрофобными свойствами и расположены при максимально плотной упаковке в соответствии со своими удельными объемами (см. табл. 1). Обычные молекулярные модели недостаточно точно представляют конформацни пептидных цепей, так как строятся без учета гидратации боковых групп аминокислотных остатков.

Известно, что способность к самоорганизации внутренних полостей проявляют водные растворы амфифильных молекул, например, таких как ионные поверхностно-активные вещества, в том числе фосфолипиды. При определенных концентрациях в водной среде они образуют мицеллы сферических или цилиндрических форм, которые сохраняют

43

внутреннее пространство, недоступное для «внешних» молекул. Но эти коллоидные частицы неустойчивы при изменении рН или ионной силы раствора, так как образующие их молекулы в отличие от звеньев полипептидной цепочки не соединены ковалентными связями. Кроме того, пептидные структуры имеют качественное топологическое отличие: они обладают хиральностью, т. е. они принципиально несовместимы со своим зеркальным отображением.

Не все аминокислотные остатки участвуют в образовании а-спирали: пролин и глицин являются звеньями, которые прерывают спиральную упорядоченность. Локальный разрыв внутримолекулярных водородных связей пептида под действием низкомолекулярных агентов (этанол, мочевина, гуанидин) также способствует разрыхлению спирали. Боковые группы аминокислотных остатков расположены в радиальных направлениях от спирали и поэтому не испытывают пространственных затруднений при вращении около СН2—СН2-связей. Однако физико-химические свойства этих групп (гидрофобность, степень ионизации, окислительно-восстановительный потенциал) определяют характер их взаимодействий между собой. Эти взаимодействия типа притяжения и отталкивания могут быть весьма интенсивными, как стабилизируя спиральную конформацию основной цепи, так и способствуя ее разрушению.

Предпочтительная конформация макромолекулы определяется внутримолекулярными связями боковых групп. Именно эти связи обеспечивают конформационный порядок макромолекулы. Этот порядок уменьшает энтропию цепи, но