ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Волнован глобула и гидрофобные взаимодействия из "Биофизика" Конформации полипептидных цепей, стабилизованные водородными связями, устойчивы лишь в определенных условиях. Изменения температуры, растворителя, pH среды приводят к переходам порядок — беспорядок, к превращению регулярной конформации цепи в статистический клубок. Эти процессы удобно изучать на модельных гомополимерах — синтетических полиаминокислотах. [c.99] Расчет показывает, что п 1/Уа. [c.101] Оптические методы по.чволяют определить 9(7 ) и, тем самым, Дй/Уо. Для нахождения величин Д/г и а порознь можно воспользоваться зависимостью Тпп от степени полимеризации N (Зимм и Брэгг). [c.103] Опыт дает для ПБГ о = 2-10 и изменение энтальпии при освобождении одного звена Д/г около 4 кДж/моль. Те же значения о свойственны ПГК и поли-1,-лизину. Одвако ДЛ в этих двух случаях отрицательно и мало — около —0,29 кДж/моль. Если ДЛ О, спиральное состояние менее выгодно, чем клубкообразное, и переход спираль — клубок происходит не при повышении, а при понижении температуры. [c.103] Являются ли эти кооперативные переходы фазовыми Вопрос этот не тривиален. Согласно теореме Ландау и Лифшица, фазовый переход в одномерной системе невозможен, так как в ней не существуют фазовые равновесия. Две фазы перемешиваются, пока не разделятся на малые конечные отрезки. Между тем а-спираль одномерна. [c.104] Фазовые переходы и фазы строго определены в статистической физике лишь для систем с /V - - . Самые длинные а-спирали содержат лишь десятки и сотни звеньев. Плавление а-спирали происходит в заметном интервале температур АТ, определяемом лишь параметром кооперативности а. В отличие от истинного фазового перехода, АТ пе стремится к нулю при NТем самым плавление а-спирали есть нефазовый кооперативный кон-формационный переход. Сказанное справедливо и для двумерных р-систем. [c.104] В ряде случаев белок обладает четвертичной структурой — молекула белка или надмолекулярная белковая система состоит из некоторого числа глобул. Примеры молекула гемоглобина содержит 4 глобулы двух сортов, белковая оболочка вируса табачной мозаики состоит из 2000 идентичных глобул. Белок — многоуровневая система. [c.104] Характер структуры на каждом уровне организации определяется геометрическими свойствами структур предыдущего уровня, силами взаимодействия их элементов и взаимодействием с окружающей средохь Возникновение высшей структуры происходит как бы автоматически в результате самосборки системы. [c.104] Решение проблем самосборки означало бы, например, возможность предсказания макроскопической структуры мышцы по данным о химическом строении ее белков. Объяснение строения молекулярных кристаллов на основе знания строения образующих эти кристаллы молекул решает проблемы самосборки в гораздо более простом случае. [c.104] Мы уже говорили об отличпп полимерно глобулы от статистического клубка (с. 78). В белке вследствие полифункциональности аминокислотных остатков в обра.човании глобулы участвуют разнообразные силы. Разнородность звеньев п взаимодействий определяет строение глобулы— апериодичность кристалла . [c.105] Единственные сильные взаимодействия в белковой глобуле — это химические дисульфидные связи Цис—8—3—Цис. Наличие нескольких дисульфидных сшивок между звеньями одной или нескольких цепей (например, инсулин) накладывает ограничения на возможные конформации. Однако нельзя было бы говорить о глобуле, если бы взаимодействия сводились к серным мостикам. В этом случае белковая цепь походила бы на цепь каучука в резине, вулканизированной серой. Каучук в резине сохраняет свойства статистического клубка. Глобула формируется слабыми силами — электростатическими, ван-дер-ваальсовыми, водородными связями и, прежде всего, гидрофобными взаимодействиями. [c.105] Глобулярные белки функционируют в водном окружении, в большой степени определяющем высшпе уровни их структуры. Влияние воды обязательно должно учитываться в физике белка. [c.105] Вода влияет на водородные связи. Однако выигрыш свободной энергии при образовании внутримолекулярных водородных связей по сравнению с такими связями с молекулами НгО незначителен. Роль воды в стабилизации глобулы иная. [c.105] Гидрофобный эффект есть единственная организующая сила, основанная на отталкивании растворителя, а не на взаимном притяжении элементов системы. Вода отталкивает неполярные молекулы, в частности, углеводороды — керосин или масло не смешиваются с водой. [c.105] -групп. Гидрофобный эффект определяется свойствами воды — гидрофобные вещества безразличны к неполярным органическим растворителям. [c.106] Молекулы, содержащие как полярные, так и неполярные группы, располагаются таким образом, что первые группы контактируют с водой, а вторые удаляются из водного окружения. Ленг-мюр показал, что так построены мономолекулярные слои жирных кислот на поверхности воды — полярные карбоксильные группы молекул погружены в воду, а неполярные углеводородные радикалы обращены наружу. Та же ситуация определяет структуру мицелл в водных коллоидных растворах мыл гидрофобные группы располагаются внутри мицеллы, гидрофильные — на ее поверхности. [c.106] Действительно, глобулярные белки денатурируются, т. е. переходят в неупорядоченное клубкообрааное состояние, под действием слабополярных органических растворителей, образующих водородные свяаи хуже, чем вода. Действие этих растворителей определяется контактами с неполярными аминокислотными остатками белка и, тем самым, нарушением гидрофобных взаимодействий. Денатурирующее действие спиртов на белки возрастает с увеличением размеров алифатического радикала. Сильное денатурирующее действие мочевины также объясняется ослаблением гидрофобных взаимодействий. [c.107] Именно потому, что гидрофобные остатки заталкиваются внутрь глобулы, вода, окружающая белок, не подвергается добавочному структурированию. Конечно, молекулы HjO взаимодействуют с полярными остатками на поверхности глобулы, но это взаимодействие имеет характер обычной сольватации. [c.107] Фишер дал грубую оценку влияния гидрофобных остатков на форму глобулы. Он разбил все аминокислотные остатки на две группы полярные и гидрофильные (Арг, Асп, Гис, Глу, Лиз, Сер, Тир, Тре) и гидрофобные (остальные двенадцать). Считая, что все остатки имеют примерно одинаковые объемы и зная процентное содержание обоих типов остатков, можно найти форму глобулы. При заданном объеме наименьшую поверхность имеет сфера. Если число гидрофильных остатков достаточно для того, чтобы покрыть поверхность сферического гидрофобного ядра, то глобула имеет сферическую форму. Если это число больше, то глобула приобретает форму эллипсоида. Наконец, если гидрофильных остатков не хватает и они не могут закрыть ядро глобулы, то остаются незащищенные гидрофобные участки. При этом глобулы должны слипаться, образуя четвертичную структуру. Эти представления находятся в грубом соответствии с опытом. [c.107] Вернуться к основной статье