Введение к работе
- л , ,
т-гция
"Актуальность. Гормональная система саморегуляции состояния животных и человека осуществляет управление и координацию многочисленных процессов жизнедеятельности. С ее помощью и в тес.юй взаимосвязи с нервной и гуморальной системами регуляции организм поддерживается в нормальном состоянии и адекватно реагирует на изменения экологических условий.
функционирование гормональной системы реализуется синтезируемыми железами внутренней секреции специальными соединениями — горюнами, в основном представляющими собой сравнительно низкомолекулярные пептиды. Взаимодействия со специфическими рецепторами самых различных органов и тканей, регулируют обмен веществ, размножение и развитие организма, влияют на сон, память, болевые ощущения, двигательную активность, ритмитику работы сердца и многое другое.
Определение механизмов функционирования гормонов и влияние внутренних и внешних фактров на активность их взаимодействия с рецепторами, а также установление физико-химической основы работы гормональной системы саморегуляции в живых организмах явл-ется одной из наиболее актуальных проблем биологии. Ее решение представляет первостепенное значение и в экологическом аспекте.
Основополагающим для выявл.ния принципов Функционирования пептидных гормонов является знание структурной организации их молекул. Определение пространственного строения и конфор^ацион-ных возможностей олигопептидов, необходимо для последующего изучения механизмов узнавания, стимулирования и регуляции биологических процессов. Установление структурно-функциональной организации молекул пептидных гормонов позволит приблизиться к решешш многих проблем экологии человека.
Решение конформационной проблемы пептидных горюнов и установление их пространственной организации открывает путь к решению аналогичной проблемы белковых молекул. Разработанный подход в определенной степени может служить основой для развития молекулярной экологии, ибо влияние окрунающей среды в конечном счете сводится и взаимодействию биологически активных частиц окружающей среды с биорецепторами организма.
Пространственная структура пептидных гормонов исследуется с помощью разнообразных методов: Щ и ИК-спектроскогаи, раыанов-ской спектраскогага; спиновых, флюоресцентных меток и ШР, диализа на тонких пленках и метода рентгеноструктурного анализа, которые дают лишь косвенные сведения о строении пептидных молекул. Поэтому установление пространственной структуры пептидных гор/о-нов методом теоретического конфорлационного анализа является ос-обешю информативным и актуальным.
Определение пространственного строения пептидных молекул на основе стабильных конфорлаций соотЕетствуюіцих аминокислотных остатков не мокет быть осуществлено из-за огромного числа в принципе возможных конфэр,:ационных состояний. Поэтому необходимо было сначала создать метод априорчого расчета стабильных конфсрма-ций олигопептидов, основанный на поиске по известной аминокислотной последовательности и затем провести расчеты конфораационных возможностей биологически активных пептидных горлонов, чему в первую очередь и была посвящена данная работа.
Изучение простанственной структуры пептидных гормонов открывает путь к исследованию их структурно-функциональной зависимости. Зная пространственное строение молекулы, можно модифицировать ее аналоги, которые могут выполнять ту или иную Функцию природного гормона. Таким образом можно создавать новые актизные
препараты с определенным спектром физиологического действия путем их теоретического прогнозирования - целенаправленно синтезировать пептиды и ингибиторы вредных экологических примесей. Цель и задачи работы. Основная цель настоящей работы закхточалась в установлении принципов структурной и структурно-Функциональной организации пептидных гормонов. Для этого были решены следующие задачи:
I.Определение нонфорящионных возможностей большого числа коротких модельных пептидов и выявление стеричесісих взаимоотношений между близко расположенными в цепи аминокислотными остатками. 2.Создание метода априорного расчета стабильных конформаций оли-гопептидов, основанного на поиске по известной аминокислотной последовательности и предложенной классификации всех возможных структурных вариантов олигопептидов.
З.Нахождение конформационных воомомтостей многочисленных, разнообразных по физиологическим свойствам пептидных гормонов, содержащих от пяти до тридцати одного аминокислотных остатков. 4.Конструирование искусственных аналогов исследованных горюнов, пространственная структура которых в своей совокупности отвечает набору низкоэнергетических,физиологически активных конформаций. Научная новизна. Разработан метод априорного расчета стабильных конформаций олигопептидов, осноьанный на поиске по известной аминокислотной последовательности пространственных структур, обладающие минимальной потенциальной энергией, плотной упаковкой и согласованностью всех внутри- и межостаточных взаимодействий.На основе предложенного метода выполнен анализ пространственного строения многочисленных и разнообразных по физиологическим свойствам пептидных горлонов / экзорфинов, тимопентина, дельта-сон индуцирующего пептида, Mat-и Ьглі-знкефалинов, с<-, У-, 6-й я-эндор^инов, ot-, й-, у-меланотрогошов, секретина / , после-
довательности которых включают от пяти до свыше тридцати аминокислотных остатков.Сконструированы искусственные аналоги тимоп-ентина, дельта-сон индуцирующего пептида, мегионин- и лейцин -энкефалинов, б -меланотропина быка, о!-меланотропина и секретина Пространственная структура этих аналогов отвечает набору низкоэнергетических физиологически активных конформаций природных гормонов.
Автор выносит на защиту: I.Метод априорного расчета стабильных конформаций олигопептидов. 2.Определение конформационных возможностей модельных пептвдов и пространственного строения экзорЪинов, тимопентина, метионин -и лейцин-энкефалинов, <*-, Y-, S- и в -эндорфинов, U -, 8 -,
2* -меланотропинов, секретина. 3.Конструирование синтетических аналогов тимопенгина, энкефалинов, меланотропинов и секретина.
Научно-практическая ценность. Разработанный в диссертации метод априорного расчета стабильных конформаций пептидных гормонов показал возможность предсказания геометрии и конформационных свойств биорегуляторов с помощью теоретического конформационного анализа.Решение конФормационной проблемы олигопептидов открывает путь к расчету белковых и экологически вредных молекул.
Конструирования искусственных аналогов, выполняющих вполне определенные функции природной молекулы, открывает широкие перспективы количественного изучения функционирования пептидных гормонов, для поиска лекарственных препаратов, субстратов, ингибиторов, антител, акцепторов вредных экологических примесей, сделав этот поиск целенаправленным.
Созданный метод априорного расчета стабильных конформаций пептидных гормонов апробировался в Бакинском государственным университете, в Институте биоорганической химии АН СССР, Всесоюз-
ном заочном институте пищевой промышленности и может быть использован в других учреждениях, где решается конФормационкые задачи молекулярной экологии, биофизики, биохимии, бисоргагагчесгой химии и других смежных дисциплин.
Апробация работы и публикация. Материалы диссертации докладывались автором на I Советско-французском симпозиуме по Физичесгой химии белков и пептидов/Пущино,1975/,1 Всесоюзном Совещании по органической кристаллохимии/Рига,1975/,У,У1 и УІІ Всесоюзных симпозиумах по межмолекулярному взаимодействию и конформациям молекул/ Алма-Ата, І9Ю; Вильнюс, 1982 ;Дущино, 1986/,III,У и УІІ Всесоюзных симпозиумах по химии и Физике белков и пептидов/Киев,1974; Баку,І980;Галлішн, 1987/,Конференции молодых ученых по физико-химической биологии/Баку,І98І/.І Всесоюзном биофизическом съезде /Москва,1982/,Симпозиуме системы мозговых и внемозговых пептидов /Ленинград,1984/,Всесоюзной конференции по актуальным вопросам физиологии и патологии сна/Москва,1985/,УІ Симпозиуме по конФор-мационным изменениям биополимероз в растворах/Тбилиси,1985/, II Всесоюзной конференции по математическим и вычислительным методам в биологии,биомолекуляряым системам/Пущино,1987/.
Основные положения диссертации отражены в 49 статьях,также в материалах и тезисах вышеупомянутых конференций, симпозиумов и съездов.
Объем и структура работы. Діссертация изложена на 417 страницах машинописного текста и- содержит 32 рисунка, 88 таблиц. Работа состоит из введекия.двух частей, 12 глав, выводов и списка цитируемой литературы, включающего 273 наименования.