Опиоидные пептиды бывают животного и растительного происхождения. Ряд экзогенных пептидов, получаемых с пищей, обладают опиоподобными свойствами. Такие пептиды были названы экзорфинами. Открытие опиоидной активности пептидных компонентов пищи послужило основанием предположить, что некоторые виды пищи могут воздействовать на центральную нервную систему подобно опиатным препаратам. Экзорфины выделены из различных видов растений. Сойморфины-5, -6 и -7 производные β-коглицинина сои, были обнаружены сравнительно недавно. Сойморфины в заметных количествах образуются при переваривании сои. При расщеплении β-субъединицы β-коглицинина сои панкреатической эластазой in vitro сойморфин-5 составляет 9,1 % всех продуктов.

Нами были исследованы структурно-функциональные организации опиоидных пептидов, а в настоящее время исследуется пространственная структура экзорфинов. Эта работа является продолжением наших предыдущих исследований.

Расчет молекулы сойморфина-6 выполнен с помощью метода теоретического конформационного анализа. Потенциальная функция системы выбрана в виде суммы невалентных, электростатических и торсионных взаимодействий и энергии водородных связей.

Пространственная структура молекулы сойморфина-6 (Tyr1-Pro2-Phe3-Val4-Val5-Asn6-NH2) рассчитана на основе низкоэнергетических конформаций сойморфина-5 и метиламида N-ацетил-L-аспарагина. Результаты расчета молекулы сойморфина-6 показали, что происходит энергетическая дифференциация между формами основной цепи и конформациями. В энергетический интервал 0-30 кДж/моль попадают конформации восьми шейпов. В низкоэнергетических конформациях энергия невалентных взаимодействий изменяется в интервале (-127.3) – (-90.3) кДж/моль, электростатических взаимодействий (6.3 – 10.5) кДж/моль, торсионных взаимодействий (10.1 – 16.8) кДж/моль. Глобальной конформацией молекулы сойморфина-6 является B3RR1R2R2R11 шейпа effff. В этой конформации только первый остаток Tyr1 находится в В форме основной цепи, остальные остатки находятся в R форме основной цепи и образуют спиральную структуру. Боковые цепи аминокислотных остатков направлены так, что возникают эффективные взаимодействия между атомами основной цепи и атомами основной и боковых цепей. Образуются водородная связь между атомами С=О Pro2 и N – H Val5; между атомами С=О Phe3 и N – H С-концевой группы NH2. В этой конформации вклад невалентных взаимодействий наибольший и эта конформация, благодаря невалентным взаимодействиям, является глобальной. Она невыгодна по электростатическим взаимодействиям, вклад электростатических отталкиваний наибольший. Конформация B3RB1R2R2B31 шейпа efeff с относительной энергией 0.8 кДж/моль, от глобальной конформации отличается формой основной цепи Pro2 и расположением боковых цепей Tyr1 и Phe3 в пространстве. Она выгодна по электростатическим взаимодействиям, электростатические отталкивания наименьшие. Конформация B3RR1R2B2R21 шейпа efffe имеет относительную энергию 11.3 кДж/моль. Здесь первый остаток Tyr1 и Val5 находится в В форме основной цепи, остальные аминокислотные остатки находятся в R форме основной цепи и образуют полусвернутую структуру.

В конформации B3RR3В2B2В31 шейпа effеe N-концевой дипептидный фрагмент Tyr1-Pro2 и С-концевой трипептидный фрагмент Val4-Val5-Asn6 находятся в развернутой форме основной цепи, Pro2-Phe3 образует изгиб и между этими участками создаются эффективные взаимодействия.

В конформации B2ВВ2В2B2В31 шейпа еееее все аминокислотные остатки находятся в развернутой форме, боковые цепи всех аминокислотных остатков, кроме Asn6 ориентированы в одном направлении. Конформация выгодна по электростатическим взаимодействиям, имеет относительную энергию 19.3 кДж/моль. Конформация B3RВ3В2B2В31 шейпа efeee от предыдущей отличается формой основной цепи Pro2 и положением боковых цепей Tyr1 и Phe3, поэтому ее относительная энергия всего на 1.2 кДж/моль больше, чем у полностью развернутой формы.

В конформации B1ВВ2R2R2R33 шейпа eeeff с относительной энергией 27.3 кДж/моль первые три аминокислотных остатка Tyr1-Pro2-Phe3 находятся полностью в развернутой форме, а следующие три аминокислотных остатка полностью в свернутой форме основной цепи. Конформация B1ВR2В2B2В31 шейпа eefee имеет относительную энергию 28.6 кДж/моль и от конформации развернутой формы отличается формой основной цепи Phe3. N-концевой дипептидный фрагмент и С-концевой трипептидный фрагмент находятся полностью в развернутой форме и их друг от друга отделяет третий аминокислотный остаток - фенилаланин.

Таким образом, пространственную структуру молекулы сойморфина-6 можно представить восемью структурными типами и можно предположить, что молекула свои физиологические функции осуществляет в этих структурах. На основе этих структур можно предложить ее синтетические аналоги и рассчитать пространственную структуру молекулы сойморфина-7. Теоретический конформационный анализ гексапептидной молекулы сойморфина-6 привел к такой структурной организации молекулы, которая не исключает реализацию молекулой целого ряда функций, требующих строго специфических взаимодействий с различными рецепторами.

Opioid peptides are of animal and plant origin. A number of exogenous peptides, obtained from food, have opiate-like properties. Such peptides were named exorphins. The discovery of the opioid activity of the peptide components of food has led to the assumption that certain types of food can act on the central nervous system like opiate drugs. Exorphins have been isolated from various plant species. Soymorphins-5, -6 and -7 derivatives of soybean β-coglycinin have been discovered relatively recently. Soymorphins are formed in noticeable amounts during the digestion of soy: when the β-subunit of soybean β-coglycinin is cleaved by pancreatic elastase in vitro, soymorphin-5 makes up 9.1% of all products.

We have studied the structural and functional organization of opioid peptides, and at present the spatial structure of exorphins is being studied. This work is a continuation of our previous studies.

The soymorphine-6 molecule was calculated using the method of theoretical conformational analysis. The potential function of the system is chosen as the sum of non-valence, electrostatic and torsion interactions and the energy of hydrogen bonds.

The spatial structure of the soymorphine-6 molecule (Tyr1-Pro2-Phe3-Val4-Val5-Asn6-NH2) was calculated based on the low-energy conformations of soymorphine-5 and N-acetyl-L-asparagine methylamide. The results of the calculation of the soymorphine-6 molecule showed that energy differentiation occurs between the forms of the main chain and conformations. Conformations of eight shapes fall into the energy interval 0-30 kJ/mol. In low-energy conformations, the energy of non-valence interactions varies in the range (-127.3) - (-90.3) kJ/mol, electrostatic interactions 6.3-10.5 kJ/mol, torsion interactions 10.1-16.8 kJ/mol. The global conformation of the soymorphin-6 molecule is B3RR1R2R2R11 of the effff shape. In this conformation, only the first Tyr1 residue is in the B form of the main chain, the remaining residues are in the R form of the main chain and form a helical structure. The side chains of amino acid residues are directed in such a way that effective interactions occur between the atoms of the main chain and the atoms of the main and side chains. Hydrogen bonds are formed between the C=O Pro2 and N – H Val5 atoms; between C=O Phe3 and N – H atoms of the C-terminal group of NH2. In this conformation, the contribution of non-valent interactions is greatest, and due to non-valent interactions, the conformation is global. It is unfavorable in terms of electrostatic interactions; the contribution of electrostatic repulsions is the largest. The B3RB1R2R2B31 conformation of the efeff shape with a relative energy of 0.8 kJ/mol differs from the global conformation in the shape of the Pro2 backbone and in the arrangement of the Tyr1 and Phe3 side chains in space. The conformation is favorable for electrostatic interactions, electrostatic repulsions are the smallest. The B3RR1R2B2R21 conformation of the efffe shape has a relative energy of 11.3 kJ/mol. Here, the first residue of Tyr1 and Val5 is in the B form of the main chain, the remaining amino acid residues are in the R form of the main chain and form a semi-folded structure.

In the B3RR3В2B2В31 conformation of the effеe shape, the N-terminal dipeptide fragment Tyr1-Pro2 and the C-terminal tripeptide fragment Val4-Val5-Asn6 are in the unfolded form of the main chain, Pro2-Phe3 forms a bend, and effective interactions are created between these regions.

In the B2ВВ2В2B2В31 conformation of the eeeee shape, all amino acid residues are in an unfolded form, the side chains of all amino acid residues, except for Asn6, are oriented in the same direction. The conformation is favorable in terms of electrostatic interactions and has a relative energy of 19.3 kJ/mol. The B3RВ3В2B2В31 conformation of the efeee shape differs from the previous one in the shape of the Pro2 main chain and in the position of the Tyr1 and Phe3 side chains; therefore, its relative energy is only 1.2 kJ/mol higher than that of the fully unfolded form.

In the B1ВВ2R2R2R33 conformation of the eeeff shape with a relative energy of 27.3 kJ/mol, the first three amino acid residues of Tyr1-Pro2-Phe3 are in a completely unfolded form, and the next three amino acid residues are in a completely folded form of the main chain. The B1ВR2В2B2В31 conformation of the eefee shape has a relative energy of 28.6 kJ/mol and differs from the fully unfolded conformation in the shape of the Phe3 backbone. The N-terminal dipeptide fragment and the C-terminal tripeptide fragment are completely unfolded and are separated from each other by the third amino acid residue phenylalanine.

Thus, the spatial structure of the soymorphine-6 molecule can be represented by eight structural types, and it can be assumed that the molecule performs its physiological functions in these structures. Based on these structures, it is possible to propose its synthetic analogues and calculate the spatial structure of the soymorphine-7 molecule. The theoretical conformational analysis of the soymorphine-6 hexapeptide molecule led to such a structural organization of the molecule that does not exclude the implementation of a number of functions by the molecule that require strictly specific interactions with various receptors.