ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Пространственная структура белков из "Биологическая химия" В организации и функционировании живой материи ж ключительно важную роль играют нековалентные взаимодействия. Роль их в формировании клеток и клеточных органелл, в выполнении белками и нуклеиновыми кислотами их наиболее тонких функций неизмеримо важнее и многограннее, чем в поведении низкомолекулярных соединений в растворе и твердой фазе и обычных высокомолекулярных соединений, построенных из регулярно чередующихся однотипных мономерных единиц. [c.68] Таким образом, нековалентные взаимодействия а пределах каждой молекулы биополимеров обеспечивают необ.чодимую для ее функционирования пространственную структуру, обеспечивают надмолекулярную организацию биополимеров н важнейший этап в их функционировании — узнавание ими своих партнеров. [c.69] При изменении pH среды заряд белковой молекулы уменьшается, пере.чодя от положительных значений при достаточно низких значения.ч рИ к отрицательным при достаточно высоких pH. Естественно, что этот переход являеахя плавным и существует значение pH, п])и котором средний заряд молекулы белка равен нулю. Это значение называют изоэлектрической точкой белка (р1). Очевидно, что кислые белки характеризуются значениями изоэлектрической точки ниже 7, а основные — выше 7 (табл. 3.2). [c.71] При отклонении pH на несколько единиц от нейтрального значения происходят ионизация групп N-11 в слабощелочной среде и протоиирование атомов азота пиридинового типа в кислой среде. В табл. 3.3. приведены значения рА для важнейших нуклеозидов. Однако надо иметь в виду, что в составе нуклеиновых кислот эти значения могут заметно отличаться от рА для свободных нуклеозидов. Следует подчеркнуть, что наиболее основными и нуклеофильными цeнтpa и в гетероциклах, как это следует из спектральных характеристик ионизованных форм этих гетероциклов и из квантово-химических расчетов, являются именно атомы азота пиридинового типа в составе цикла, а не экзоциклические аминогруппы, неподеленная пара электронов которых сопряжена с системой двойных связей кольца и групп С=0. В биологически значимом диапазоне pH уридин и тимидин не присоединяют протонов и не являются основаниями. В связи с этим широко используемый для гетероциклов, входящих в состав нуклеиновых кислот, собирательный термин основания , строго говоря, является некорректным. [c.72] Атомы N и О, склонные к образованию водородных связей, относятся вместе с атомами С и Н к числу важнейших биогенных элементов, а образование водородных связей играет исключительно важную роль в общем балансе нековалентных взаимодействий в биохимических системах. Особое значение водородные связи имеют в связи с тем, что все биохимические процессы, за исключением протекающих внутри фосфолипидных бислоев, проходят в воде, которая является одновременно и донором протонов и донором неподелепных пар электронов. Поэтому группы, способные участвовать в образовании водородных связей, могут взаимодействовать с молекулами воды. Такие группы получили название гидрофильных групп. К гидрофильным группам следует также отнести заряженные фрагменты молекул, взаимодействующие с водой по ион-дипольному механизму с образованием прочных гидратных оболочек. [c.73] Участие в образовании водородных связей свойственно и большинству других высокомолекулярных и низкомолекулярных компонентов живой природы. Большое значение эти связи имеют в структуре полисахаридов. Например, механическая прочность целлюлозы и ее нерастворимость в воде обусловлены наличием между соседними полимерными цепями большого числа прочных водородных связей, образованных гидроксигруппами, которых имеется по три на каждое мономерное звено, и атомами кислорода соседних цепей как донорами неподелен-ной пары электронов. [c.74] Образование водородных связей с соответствующими белками является одним из основных факторов, обеспечивающих специфическое номплексообразова-ние низкомолекулярных соединений с определенными участками белковых молекул. [c.74] Электростатические взаимодействия и образование водородных связей — довольно специфические процессы. Первые возникают, если вблизи друг от друга оказываются положительно и отрицательно заряженные группы, вторые — если достаточно сближенными оказываются группа О—Н или N—11 и атом О или N, имеющие неподеленную пару электронов. [c.74] Уже неоднократно говорилось, что важнейшей для функционирования биополимеров особенностью является их способность с высокой степенью избирательности образовывать комплексы с определенными низко- или высокомолекулярными партнерами или, как принято говорить в биохимии, узнавать этих партнеров. Избирательность означает, что константа ассоциации образования специфического комплекса биополимера с узнаваемым партнером существенно превышает константу для комплексов того же биополимера с другими компонентами системы. [c.76] Образование комплексов происходит за счет нековалентпых взаимодействий. Некоторая избирательность заложена в самой природе этих взаимодейсттп , но она не слишком высока. Так, положительно заряженные группы притягиваются именно к отрицательно заряженным. Однако отличия в энергиях электростатического взаимодействия с различными отрицательно заряженными группами в образующихся ионных парах варьируют в не очень широких пределах. То же можно сказать про образование водородных связей между каким-либо атомом — донором протона — и несколькими различными акцепторами протона, т.е. атомами N. О или Г, имеющими неподеленную пару электронов, и про образование гидрофобных кластеров между каким-либо неполярным радикалом и другими гидрофобными фрагментами. В этих случаях также имеется вполне определенная и в то же время невысокая избирательность взаимодействия. [c.76] Говоря о взаимно расположении некоторого набора атомов и радикалов в пределах однох молекулы, нужно учитывать, что подавляюн1ее большинство органических молекул, встречающи.хся в живой природе, являются гибкими, т.е. [c.76] Поэтому для эффективного взаимодействия, обеспечивающего резко предпочтительное образование комплекса именно между данной парой молекул или фрагментов этих молекул, благоприятной является ситуация, при которой по крайней мере одна из взаимодействующих частиц имеет достаточно жесткую пространственную структуру, близкую к оптимальной для рассматриваемого взаимодействия. Это особенно важно в случае биополимеров, поскольку вследствие чрезвычайно высокого числа мыслимых конформаций у биополимеров переход из некоторой произвольной конформации в благоприятную для узнавания может потребовать абсурдно большого времени. По этой причине для узнавания биополимерами специфических партнеров необходимо наличие у них определенной пространственной структуры. Поскольку, как уже говорилось, выполнение белками их фуншщй требует обычно в качестве первого этапа такого узнавания, пространст-веввая структура белков имеет решающее значение Для их функционирования. [c.77] Вернуться к основной статье