Оптическое вращение конформационное

Измерение спектров дисперсии оптического вращения (ДОВ) и кругового дихроизма (КД) получило широкое распространение как метод конформационного анализа оптически активных соединений. Особенно методы ДОВ и КД используются в органической химии, биохимии, энзимологии и молекулярной биологии. Данными методами исследуются белки, аминокислоты, нуклеиновые кислоты, стероиды, углеводы и полисахариды, вирусы, митохондрии, рибосомы, фармакологические средства, синтетические полимеры, координационные соединения, неорганические и редкоземельные комплексы, кристаллы, суопензии и пленки и т. п. и решаются следующие задачи 1) определение по эмпирическим пра вилам конформации и ее изменений под действием различных физико-химических воздействий 2) изучение механизма и кинетики химических реакций (особенно ферментативных) 3) получение стереохимических характеристик 4) измерение концентраций оптически активных веществ 5) определение спиральности макромолекул 6) получение электронных характеристик молекул 7) исследование влияния низких температур на конформацию соединений 8) влияние фазовых переходов типа твердое тело — жидкость — газ на изменение структуры. [c.32]

Ограничение конформационной подвижности оказывает существенное влияние на некоторые физико-химические свойства углеводородных молекул. Так, уже отмечалось резкое возрастание оптического вращения разветвленных алканов, когда асимметрические атомы углерода находятся в конформационно-жестких участках основных углеродных цепей [16, 17]. Нанример, в 2,2,3,5-тетраметилгептане [c.52]

Ступенчатый характер тепловой денатурации лизоцима был также обнаружен в работе [72] при изучении оптической плотности растворов лизоцима в процессе его нагревания от 20 до 90° С наиболее выраженные изменения оптической плотности наблюдались около 50° и при 75—77° С [72, 73], что в целом согласуется с данными по ультразвуковой инактивации лизоцима (см. рис. 19). Тот факт, что в интервале температур 60—75° С наблюдается резкое уменьшение а-спиральности лизоцима (от 31 до 15%), также согласуется с наличием конформационного перехода лизоцима при 7ГС, обнаруженного с помощью ультразвуковой инактивации (см. рис. 19). Об этом же свидетельствуют и данные по изучению лизоцима, полученные методом дисперсии оптического вращения )[74, 75], по которым структурный переход фермента в нейтральной области pH происходит в температурном интервале 75—80° С. [c.162]

Как показал П. Пино, оптическая деятельность приготовленных им поли-а-олефинов в растворе намного выше, чем у низкомолекулярных парафинов, сходных по строению с мономерными звеньями полимеров. Это объясняется, по мнению Пино, тем, что макромолекула этих полимеров при переходе их в раствор сохраняет спиральную конформацию (см. с. 175), которая вследствие своей асимметричности вносит дополнительный вклад в величину оптического вращения — конформационная оптическая активность. В пользу этого мнения говорят результаты, полученные при полимеризации олефинов, не содержащих асимм етрических боковых групп, в условиях, благоприятствующих образованию правой или левой спирали. [c.197]

В работе [35] при изучении термической денатурации лизоцима методами дифференциальной сканирующей калориметрии нашли, что этот процесс происходит при 74 1°С (ДЯ=120 10 ккал/моль, А5 = 350 э. е.), что почти совпадает с данными для третьего конформационного перехода лизоцима (см. рис. 19), выявленного с помощью ультразвуковой инактивации (71° С, ДЯ=110 ккал/моль, А5 = 320 э. с.). Следует, однако, подчеркнуть, что методы оптического поглощения или дисперсии оптического вращения дают информацию о состоянии всей глобулы фермента в целом, в то время как метод ультразвуковой инактивации отражает конформационное состояние активного центра. В любом случае наличие целого ряда структурных переходов молекулы лизоцима и его активного центра при температурах выше 20° С показывает, что распространение выводов рентгеноструктурного анализа лизоцима, как и других методов структурного анализа фермента, на иные условия следует проводить с достаточной осторожностью. [c.162]

Изучение конформационного равновесия бутанола-2 интересно для нас как пример использования еще не упоминавшегося метода — изучения температурной зависимости оптического вращения оптически активной формы этого соединения. При этом были получены следующие данные о конформационном равновесии [c.249]

Очень наглядное доказательство роли конформационных факторов в оптическом вращении — возрастание вращения конформационно-подвижных соединений при понижении температуры. Дело в том, что при обычной температуре в равновесии находятся обычно несколько конформеров, вращение которых может быть противоположным по знаку, и из-за этого суммарное вращение невелико. При понижении температуры конформационное равновесие все более смещается в пользу самого выгодного конформера с характерным для него вращением. Примером может служить бутанол-2 [106]. [c.301]

Таким образом, реально наблюдаемое оптическое вращение является суммой трех вкладов конфигурационного, вицинального и конформационного. Исследуя кривые ДОВ или КД серии родственных соединений, можно получить данные для того, чтобы расчетным путем выделить эти вклады из наблюдаемого вращения. Это выполнил, например, Дуглас [19] для кобальтовых комплексов с этилендиамином и пропи-лендиамином. [c.675]

Методы исследования пространственного строения белков и пептидов в растворе. Конформационные состояния белков и пептидов в растворе исследуются различными методами, каждый из которых имеет свои достоинстаа и ограничения. Информацию о вторичной структуре можно получить из ультрафиолетовых спектров поглощения в области ISO — 210 нм как показали исследования регулярных полипептидов (например, полилизина), а-спираль имеет меньшее (гипохромизм), а Р-структура большее (гиперхромизм) поглощение, чем неупорядоченный клубок. В течение долгого времени процентное содержание а-спиральных структур оценивали по кривым дисперсии оптического вращения (уравнение Моф-фита, 1956). В настоящее аремя содержание различных типов аторичных структур определяется из спектров кругового дихроизма (КД) на основе сравнения спектров пептидов и белков с кривыми КД канонических вторичных структур, полученных для регулярных полипептидов (Э. Блоут, 1961) (рис. 64) или выведенных на основе анализа кривых КД ряда белков с установленной пространственной структурой в кристалле. [c.111]

Начиная с шестидесятых годов и вплоть до недавнего времени наиболее распространенными методами в этой области были дисперсия оптического вращения (ДОВ) и спектроскопия кругового дихроизма (КД) наряду с давшими важные результаты рентгеноструктурными исследованиями глобулярных белков (что, однако, дало немного информации о динамических свойствах полипептидов в растворе). Методы ДОВ и КД продолжают поставлять полезную информацию о влиянии физических изменений окружения полипептидов на их конформационное поведение как в растворе, так и (в более позднее время) для белковых мембран в твердом состоянии. [c.434]

Важной отличительной чертой конформаций, стабилизированных кооперативными взаимодействиями, является то, что переход молекул в неупорядоченное состояние совершается достаточно резко независимо от того, чем он вызван изменением температуры, состава или ионной силы растворителя или другого фактора. Часто такой переход приближается к случаю все или ничего , т. е. сильно отличается от постепенного сдвига конформационного равновесия в малых молекулах. Подобные резкие переходы могут быть обнаружены путем измерения любого физического параметра полисахарида, который зависит от общей конформации его молекулы. Характерные сигмоидные кривые иллюстрируют конформационные переходы ксантана, за которым следили по изменениям вязкости, оптического вращения в монохроматическом свете, площади детектируемого сигнала в спектре ЯМР (рис. 26.4,3) или амплитуды кривой кругового дихроизма при соответствующей длине волны, а также другими методами. [c.294]

Процессы гелеобразования белков обычно сопровождаются конформационными изменениями молекул, но ни в одной из приведенных работ, посвященных изучению конформационного состояния казеинов, не было проведено систематического исследования кинетики конформационных изменений казеинов в водных растворах, а также влияния таких факторов, как pH, температура, концентрация белка, что важно при исследовании гелеобразования. Кроме того, данные по влиянию температуры на конформацию макромолекул казеинов противоречивы, а данные по влиянию концентрации на оптическое вращение и изменение его во времени отсутствуют. [c.106]

Развитие пространственной структуры геля яичного альбумина (pH > 10) представлено на рис. 44. Прочность возникает сразу же, достигая максимального значения в течение малого промежутка времени, а затем происходит самопроизвольное плавление геля, которое сопровождается выделением аммиака. Из рис. 45 видно, что в щелочной области процесс гелеобразования также сопровождается конформационными превращениями молекул яичного альбумина — удельное оптическое вращение увеличивается до определенного значения и далее не изменяется. Плавление геля не сопровождается дальнейшим изменением удельного оптического вращения. Исследование концентрационной зависимости максимальной прочности структур в растворах яичного альбумина показало, что минимальная концентрация белка, способная образовать пространственную структуру, при pH < 3 больше 2 г/100 а при pH > 10 больше 3,5 г/100 мл. Результаты представлены на рис. 46, из которого видно, что кривая зависимости Р/ от концентрации имеет параболический вид. [c.127]

На примере гелей желатины (концентрация 1 г/100 мл) показано, что прочность геля при 20° С нарастает во времени и достигает предельного значения через 3—4 суток (рис. 48, а). В начале процесса гелеобразования обнаружен индукционный период (4 час), в течение которого не наблюдается нарастания сдвиговой прочности, но данные по светорассеянию (кривая 1) и удельному оптическому вращению (кривая 2) показывают, что в это время в системе протекают конформационные изменения макромолекул желатины и [c.129]

Для глобулярных белков, таких, как яичный альбумин, необходимо было выяснить, не приводит ли солюбилизация углеводорода к денатурации. Для этого исследовали изменение вторичной структуры белка (методом оптического вращения) и третичной структуры (ро определению вязкости) до и после солюбилизации углеводорода в широком интервале pH. Опыты показали, что удельное оптическое вращение растворов яичного альбумина в интервале pH = 4,5— 10,5 оставалось постоянным и немного уменьшалось после введения бензола, вязкость после солюбилизации также уменьшалась вследствие понижения асимметрии молекул. Все это свидетельствует о том, что глобулы яичного альбумина после солюбилизации становятся более компактными и не происходит денатурация. Далее выяснялось Влияние солюбилизации на конформационную устойчивость яичного альбумина к тепловой и кислотно-щелочной денатурации. Оказалось, что глобулы яичного альбумина, солюбилизировавшие бензол, становятся более устойчивыми к тепловой денатурации 0,55%-ный водный раствор яичного альбумина денатурирует при 60°, а После солюбилизации углеводорода — при 70°. [c.395]

Для исследования механизма студнеобразования изучалась кинетика роста прочности пространственной структуры во времени. Параллельно для тех же студней было изучено конформационное изменение молекул желатины, используя метод оптического вращения [102]. У сформированных студней были найдены температуры плавления, а также способность студней к обратимому восстановлению после разрушения. Прочность структуры определяли методом тангенциально смещаемой пластинки. [c.397]

Спектры дисперсии оптического вращения и спектры кругового дихроизма, которые в значительной степени заменили первые в качестве главного хироптического метода исследования, применяются к оптически активным (хиральным) кетонам. Такие спектральные исследования особенно важны для определения относительных и абсолютных конфигураций и в конформационном анализе. Способные к поляризации -заместители, такие как галогены, гидрокси- или ацетоксигруппы, а,р- и р, у-ненасыщенные группировки, приводят к сильным эффектам Коттона в ультрафиолетовой области спектра к таким же эффектам могут приводить подходящим образом расположенные удаленные заместители. Этот предмет подробно изложен в монографии [484]. Ссылки на более поздние работы и важный вклад в эмпирическую теорию метода см. в работе [485]. [c.679]

В последние годы исследованию окружения аминокислотных остатков в белках и их доступности для реагентов уделяется особенно много внимания, что объясняется многими причинами. Во-первых, познание реакционной способности каждого аминокислотного остатка в связи с непосредственным окружением приведет к пониманию различных химических свойств белков и ферментов. Например, механизм действия ферментов можно описать с точки зрения сродства и повышенной реакционной способности аминокислотных остатков активного центра по отношению к субстрату. Во-вторых, доступность аминокислотных остатков действию реагентов зависит от конформационных изменений белков, вызываемых сменой pH, температуры, ионной силы, взаимодействием с субстратом и т. д. Изучая доступность для реагентов отдельных остатков в различных условиях, можно делать выводы о структуре нативных белков. В-третьих, молярные доли остатков в различных состояниях обычно определяют путем измерения кругового дихроизма (дисперсии оптического вращения), параметров ионизации, спектральных смещений при образовании водородных связей или других изменений в окру- [c.344]

На основании результатов исследования тепловой денатурации 7-глобулина по изменению удельного оптического вращения и оптической плотности при разных температурах [161] были определены изменения энтальпии конформационных переходов (АЯ). Полученные величины АН показывают, что связывание углеводородов белками приводит к увеличению теплоты денатурации или, что то же самое, к повышению устойчивости нативной глобулярной конформации белка по отношению к денатурации теплом. При этом связывание 7-глобулином гептана увеличивает теплоту денатурации на 10 ккал/моль (от 55 до 65 ккал1молъ), связывание декана и тетрадекана — от 55 до 57 ккал1моль. Этот факт очень хорошо объясняется особенностями заполнения глобул белка этими углеводородами, что будет рассмотрено ниже. Спектрофотометрическое исследование тепловой денатурации 7-глобулина также показало повышение устойчивости молекулы белка в ре- [c.31]

Конформационные исследования. Последней стадией установления строения молекулы является выяснение ее конформации, или, точнее говоря, конформационного равновесия, хотя эта стадия обычно не предусматривается в классических химических исследованиях. Однако полностью разобраться в конформацион-ном равновесии редко удается, поскольку задача слишком сложна. Кривые дисперсии оптического вращения, как указывалось выше, весьма чувствительны к конформационным изменениям. При работе с неизвестными системами всегда есть определенная степень неуверенности, но тем не менее столь высокая чувствитель- [c.444]

Книга состоит из введения и 7 глав. В гл. 1 рассмотрено применение представлений конформационного анализа к ациклическим соединениям. Содержанием гл. 2 является приложение принципов конформационного анализа к производным цикло-гексана. Гл. 3 касается применения физических методов (в том числе ЯМР-спектроскопии, масс-спектрометрии и дисперсии оптического вращения) для решения структурных и стереохимических проблем. В гл. 4 дано применение конформационного анализа к циклическим системам всех размеров, включая конденсированные циклы и гетероциклические соединения. Гл. 5 посвящена приложению конформационного анализа к стероидам, тритерпеноидам и алкалоидам. Конформационный анализ углеводов рассмотрен в гл. 6. В гл. 7 приведена таблица и методы априорного вычисления энергий конформаций производных циклогексана. [c.6]

Как известно, все аминокислоты, за исключением глицина, имеют асимметрический атом углерода в а-положении. Все они относятся к /-аминокислотам и обладают одними и теми же заместителями у а-углерода группами —NH2 и —СООН и боковой цепью, характерной для каждой аминокислоты. Долгое время полагали, что оптическое вращение полипептидов и белков является аддитивным свойством и зависит исмючительно от доли, вносимой каждым аминокислотным остатком в отдельности. Однако значительный рост левого вращения белков при денатурации (от —50 до —100°) и при застудневании желатины приводит к выводу, что эти изменения связаны с конформационными изменениями полипептидной цепи. При исследовании эмпирическую величину удельного оптического вращения [а] заменяют на величину эффективного вращения цепи [т [c.362]

Считается, что индуцированное растворителем изменение оптического вращения р-кетолов является результатом конформационных превращений, обусловленных в свою очередь образованием и разрывом внутримолекулярной водородной связи. В растворителях, не являющихся донорами электронной пары, преобладает конформер с внутримолекулярной водородной -связью, в котором гидроксильная и карбонильная группы расположены в одной плоскости. Повышение электронодонорной способности растворителя вызывает разрыв внутримолекулярной водородной связи и последующую сольватацию р-кетоль-иой группировки за счет конкурирующего образования межмо- [c.446]

Для получения информации о стереохимических особенностях молекул могут быть также применены хироптические методы. Например, сильное нарушение я->-я -перехода для карбоксилатного хромофора при кооперативном связывании ионов кальция поли-гулуронатом и полигалактуронатом согласуется с существованием такой области связывания, в которой катион расположен в непосредственной близости от орбиталей, не участвующих в связывании (что действительно можно предположить по аналогии с известными конформациями цепей) [32]. Широкое применение имеет эмпирическое соотношение [33] между значением оптического вращения и значениями основных конформационных переменных полисахаридной цепи, а именно диэдральных углов ср и ij) [см. формулы (1) и (2)]. Величину, известную как связевое вращение [Л]о, определяют, вычитая из значения молекулярного вращения углеводного остатка в цепи значение молекулярного вращения соответствующего метилгликозида. Для гликозидной связи, в образовании которой участвуют вторичные гидроксигруппы [как в (1)], ее определяют по уравнению (2). [c.296]

Интересно выяснить, с какими конформационными изменениями связано появление второй площадки при pH 8—10,5. Для этого была исследована обратимость изменений оптического вращения при pH 9 и 12 [116]. Растворы подкислялись до одного и того же значения pH (6, 5). Как показали результаты этих опытов, изменения оптического вращения обратимы для растворов яичного альбумина при переходе pH от 9 к 6,5. При изменении же pH от 12 до 6,5 не наблюдалось полного обращения удельного оптического вращения. Обратимость изменения удельного оптического вращения растворов яичного альбумина при pH < 9, а также малая величина этого изменения свидетельствуют о том, что появление первой области с постоянныд значением удельного вращения вызвано пе изменопием степени спиралыюсти, а скорее дефор- [c.24]

Фостера [117]. Область pH 4—9, соответствующая нагивиому состоянию белка -глобулина (минимальные значения вязкости и оптической активности), характеризуется постоянной связывающей способностью белка по отношению к бензолу. Увеличения вязкости и оптического вращения при pH > 9 и < 4 свидетельствуют о глубоких конформационных изменениях в структуре белка. Эти изменения вызывают уменьшение связывания бензола в интервалах pH 9—10 и 4—2, Однако области при pH < 2 и pH > 11 характеризуются возрастанием величины связывания [бензола. В нативном состоянии связывание углеводорода определяется числом и размерами гидрофобных областей. При отклонении в более щелочные и кислые области осуществляется переход из нативного состояния вследствие отталкивания одноименных зарядов в состояние расширенное , характеризующееся раскрытием гидрофобных складок (подобно -форме сывороточного альбумина). Авторы [118] предполагают, что уменьшение связывания углеводородов сывороточным альбумином в результате перехода N Р вызывается частичным разделением четырех субъединиц и разрушением гидрофобных областей, которые расположены в интерфазах этих субъединиц. [c.26]

Исследования влияния углеводородов на конформационное состояние макромолекул глобулярных белков проводились методами оптического вращения и его дисперсии, вискозиметрически, спектрофотометрически и по изучению кинетических параметров ферментативной активности, Вращение плоскости поляризации чрезвычайно чувствительно к изменению конформации белковых молекул. Правда, между оптической активностью и структурой белка нет простой и ясной зависимости, но значение оптической активности как характеристики степени конформационного изменения белков общеизвестно и играет большую роль при изучении процессов денатурации. [c.29]

Конформационные переходы макромолекул желатины легко проследить по изменению оптического вращения [91]. Для коллагена и желатины упорядоченное состояние молекул соответствует более высоким отрицательным значениям оптического вращения, тогда как неупорядоченное характеризуется меньшей величиной левовращения. Процесс образования макромолекул с упорядоченными структурированными участками в растворах желатины происходит во времени, что позволяет изучать кинетику этого перехода [c.66]

В связи с этим в наших работах [253, 254] исследовались конформационные изменения молекул казеина и его а- и -фракций при различных условиях. Из рис. 27 видно, что удельное оптическое вращение всех трех казеинов со временем уменьшается, причем основные изменения происходят в течение 2—3 суток и заканчиваются через 4—5 суток. При дальнейшем стоянии растворы мутнеют. Кроме того, удельное оптическое вращение уменьшается и с увеличением концентрации казеинов в растворе, как это видно из рис. 28. Характер зависимости удельного оптического вращения растворов казеинов от врелгени и концентрации может свидетельствовать о протекании процессов агрегации с повышением [c.106]

Изучение зависимости удельного оптического вращения растворов казеина от температуры также позволяет проследить изменение конформации молекул казеина в водных растворах. Исследование проводилось в интервале температур 5—50° С. Температура повышалась со скоростью 1° за 10 мин. Измерения проводились через 5 суток, т. е. к тому времени, когда заканчиваются все процессы, связанные с конформационными изменениями. Из рис. 30 видно, что с увеличением температуры удельное оптическое вращение растворов всех трех казеинов уменьшается. Эта температурная зависимость обратима — при охлаждении от 50 до 5° С растворы вновь показывают высокое отрицательное значение. Следовательно, конформационные изменения молекул казеина тоже обратимы. Для определения энтальпии перехода упорядоченных участков (а-спираль и -структура) казеина в статистический клубок были вычислены константы равновесия К при разных температурах, а затем по углу наклона графика зависимости 1п К от 1/Т вычисли лнсь значения ДЯ-перехода. Расчеты показали, что для -казеина АН = —32 ккал/моль, а для нефракционированного и а-казеинов АН = —34 ккал/моль. Это указывает на большую роль водородных связей в скреплении упорядоченных участков макромолекул казеинов. [c.108]

Для исследования механизма структурообразования в водных системах желатины, яичного альбумина, казеина изучалась кинетика роста прочности пространственной структуры во времени и способность ее к обратимому восстановлению после разрушения [17], а также конформационные изменения молекул белка в этих условиях [18]. В работе использовались следующие методы для измерения прочности — метод тангенциально смещаемой пластинки Вейлера — Ребиндера [19], для исследования конформационных превращений макромолекул — поляриметрические методы (оптическое вращение и дисперсия оптического вращения). Для выяснения фазовых превращений в процессе гелеобразования желатины применялся макрокалориметр типа Кальве [20]. [c.354]

Результаты работ последнего времени характеризуют желатину как объект, на котором легко и однозначно можно проследить взаимосвязь между физикохимическими свойствами и конформацией молекул этого полимера. Конформация молекул желатины п растворе легко и обратимо изменяется при изменении температуры. Так, при 5° С молекулы желатины представляют собой вытянутые спирали пролпнового тина, свернутые из трех полипептидных ценей. При повышении температуры до 40° С и выше происходит превраш,ение спирали в статистический клубок. Конформационный переход спираль клубок сопровождается существенным изменением ряда физико-химических свойств растворов желатины, из которых особенно важным и специфическим является резкое уменьшение удельного оптического вращения Большой теоретический и практический интерес представляет вопрос о том, сохраняется ли конформация молекул желатины, существующая в растворе, после высушивания этого раствора до состояния пленки. Другими словами, сохранится ли в пленке конформация спирали, если раствор высушить при 5 С и конформацпя клубка после сушки при 40 и 50° С. И далее, если конформация молекул желатины при сушке раствора не изменяется, то как отражается различие в конформации на физикохимических свойствах получаемых пленок. [c.357]

До настоящего времени с помощью дисперсии оптического вращения в основном исследовались конфигурации и конформации-кетонов. Практически такое ограничение не создает серьезных трудностей, поскольку кетогрунпу можно без особого труда ввести почти в любое место исследуемой системы. Дисперсия оптического вращения, разумеется, находит широкое применение не только для определения конформаций однако в последующем изложении мы ограничимся только конформационным аспектом. [c.201]