Белки поведение в водных растворах

Три важных фактора — индуктивный эффект, эффект поля и резонансный эффект — могут сильно влиять на поведение органических кислот и оснований, включая и биологически важные а-аминокислоты. В водном растворе, обычной среде нротекания биологических реакций, эти эффекты обусловливают большое разнообразие свойств, так что процессы диссоциации могут происходить во всем диапазоне pH. Это вал<но, потому что белки, построенные из аминокислот, в зависимости от своего аминокислотного состава могут принимать участие в кислотно-основных превращениях. Действительно, в упрощенном виде диссоциацию аминокислот можно рассматривать как миниатюрную модель диссоциации белка. В биохимических реакциях важные функции выполняют белки, и аналогия с аминокислотами может слу кить основой для понимания процессов передачи протонов. Однако такая модель слишком упрощена. Она не учитывает кооперативные взаимодействия. Например, как поведет себя лизин при диссоциации под действием линейно-расположенных положительно заряженных аминокислотных остатков, входящих в состав белка Далее, каким образом близко расположенная гидрофобная область белковой молекулы (т. е. область с более Ш13-кой диэлектрической проницаемостью) влияет на ее диссоциацию в данном химическом процессе То, что в этом случае можно ожидать значительных изменений, видно из поведения глицина при диссоциации в среде с низкой диэлектрической проницаемостью например, в 95%-ном этаноле (рКа карбоксильной группы глицина равен 3,8, а аминогруппы 10,0). Можно было бы подумать, что в этом случае но кислотности глицин близок к уксусной кислоте, но это не так, поскольку для последней р/( равен 7,1. [c.42]

Безусловно, сдвиг максимальной прочности межфазных слоев по оси концентраций, наблюдаемый для различных белков, связан с особенностями структуры и поведения этих белков в водных растворах. Крупные ассоциаты казеина не способны к адсорбции, их возникновение в объеме раствора эквивалентно уменьшению концентрации поверхностно-активного компонента [149]. [c.212]

По более старым взглядам Михаэлиса, поведение макромолекулы белка в водных растворах может быть выражено следующими двумя схемами [c.174]

Естественно, что для радиационной биологии и химии наиболее важно изучение поведения свободных радикалов в растворах. В связи с этим представляют интерес работы по изучению эффектов длительного послесвечения водных растворов белков и синтетических полимеров, облученных ультрафиолетовыми и рентгеновскими лучами [302, 304]. Применение высокочувствительной проточной установки [305, 306] позволило зарегистрировать явление длительного послесвечения облученных водных растворов ряда белков и полимеров при малых дозах облучения [302]. [c.237]

Молекулы глобулярных белков при исследовании их в водных растворах вблизи изоэлектрических точек имеют компактные конформации, непроницаемые для молекул воды. В разделе 7 было указано, что в образовании такой конформации могут принимать участие различные силы, в число которых включаются также и силы, приводящие к образованию гидрофобных и водородных связей, уже рассмотренных при описании поведением полипептидов и полимерных мыл. Вероятно, сочетание такого рода сил и величина свободной энергии, требуемой для разрушения первоначальной нативной структуры, изменяются при переходе от одного белка к другому. Аналогичным образом изменяется и способность нативной структуры противостоять действию электростатических зарядов, что на самом деле подтверждается экспериментальными данными. [c.584]

Поддержание величины е в смесях на уровне их значений для водных растворов, однако, само по себе еще не обеспечивает сохранение нативной конформации многих белков, необходимой для проявления ферментативной активности. В водно-метанольных растворах, например даже в условиях, когда 8 = 80, наблюдается необратимое ингибирование таких ферментов, как дегидрогеназы и редуктазы. Такие ферменты, как трипсин, t-химотрипсин, амино-трансферазы и пероксидазы, сохраняют высокий уровень ферментативной активности в смесях, диэлектрическая проницаемость которых существенно отлична от 80. Такое поведение ферментов характерно для смесей глицерина с водой. [c.235]

Такое разительное различие в поведении привело к мысли о существовании двух типов коллоидных растворов, обусловленном неодинаковым взаимодействием частиц дисперсной фазы с жидкой дисперсионной средой. Считалось, что взаимодействие частиц золей металлов, труднорастворимых окислов и солей с растворителем практически отсутствует, во всяком случае не играет заметной роли, тогда, как в случае крахмала, белков, каучука, это взаимодействие —сольватация (гидратация в водной среде) —очень велико и приводит к образованию на поверхности частиц мощных сольватных (гидратных) оболочек, обеспечивающих высокую стабильность коллоидной системы без введения [c.212]

В настоящее время установлено, что многие нативные белки устойчивы к действию различных реагентов, что можно объяснить только мощным взаимодействием различных групп в одной и той же пептидной цепи или взаимодействием полипептидных цепей разных молекул. Влияние водородной связи на повышение стабильности может быть значительным [187], и для разделения двух неполярных боковых цепей в водном растворе требуется больше энергии, чем это следует из расчета вандерваальсовых сил. Это можно отнести за счет энергии, необходимой для разделения молекул воды, удерживаемых вместе водородными связями, которые разрываются во время установления равновесия между неполярными группами и водой [174, 175]. Взаимодействия между небольшими молекулами и белками [182] и между белковыми молекулами [335] рассмотрены в недавно опубликованном обзоре и могут быть проиллюстрированы на примере поведения инсулина в растворе. [c.176]

В полимерных цепях, находящихся в растянутых неупорядоченных конформациях, должны осуществляться множественные сег-мент-сегментные контакты при этом проявляются некоторые типичные свойства таких взаимодействий. Энтропия смещения растворов двух различных полимеров зависит в первом приближении от числа участвующих в этом процессе молекул и, следовательно, не зависит от молекулярной массы. Энергия же взаимодействия между двумя полимерами в смеси зависит от числа сегмент-сег-ментных контактов и для данного числа молекул должна расти с увеличением их молекулярной массы. Поэтому значение энтропийного члена возрастает по мере увеличения молекулярной массы и поведение полимеров в смеси определяется энергиями взаимодействия, даже когда сегмент-сегментные контакты непродолжительны и энергии их малы. Если взаимодействия между сходными полимерными сегментами более выгодны, чем между несходными, два водных раствора могут разделиться на четкие фазы, которые ведут себя как две несмещивающиеся жидкости. Такое явление часто называют несовместимостью полимеров . Если же взаимодействие между несходными сегментами выгоднее, чем между сходными, то возможно, что два полимера образуют одну общую фазу, подобную жидкости или твердому веществу. Такое явление часто называют комплексной коацервацией . Несовместимость полимеров может оказаться полезной, например, для получения двух не-смешивающихся водных фаз при биохимических разделениях, как в хорошо известной методике выделения плазматических мембран, где в качестве одной из фаз используют полисахарид декстран [22]. На основе комплексных коацерватов полисахаридов и белков, имеющих противоположные заряды (в особенности гуммиарабика и желатины) создана современная технология микроинкапсулирования. [c.291]

Исследователей, изучавших поверхностные свойства белков, всегда интересовало поведение молекул белка при различных pH среды. Однако имеющиеся в литературе данные весьма противоречивы. При изучении поверхностного натяжения белковых растворов Булл и Нейрат [142] обнаружили минимальное значение поверхностного натяжения в изоэлектрическом состоянии и существование максимальных значений в кислой и щелочной областях. ГаузериСвирингеп [143], изучая поверхпостпое патяжеппе 0,005%-ного водного раствора яичного альбумина на границе с воздухом, нашли минимальное значение поверхностного натяжения в изоэлектрической точке и увеличение поверхностного натяжения при отклонениях от нее. После старения слоя эти закономерности становятся более четко выраженными. [c.208]

Т. Лорент развил иную трактовку механизма эксклюзии, которая в большей степени соответствует реальной структуре геля. Он считал, что набухший гель можно уподобить раствору полимера. Влияние, которое кислый полисахарид (гиалуроновая кислота) оказывает на седиментацию макромолекул, можно объяснить лишь образованием из полимерных цепей трехмерной сетки, которая действует в отношении макромолекул как молекулярное сито [23]. Если к раствору белка прибавлять высокомолекулярный декстран, то по мере увеличения концентрации полисахарида белок осаждается [24, 25]. Можно представить, что при растворении декстран связывает часть воды за счет гидратации, что приводит к осаждению белка. Фактически в этом случае высокомолекулярный белок осаждается в большей степени, чем низкомолекулярный [24]. В другой серии опытов Лорент [26] сравнивал эксклюзию белков (при равновесном диализе против раствора гиалуроновой кислоты) с их поведением при хроматографировании на геле гиалуроновой кислоты равной концентрации [27]. Расчеты подтвердили предположение, что гиалуроновая кислота (независимо от присутствия поперечных мостиков) образует в водном растворе непрерывную сеть, состоящую из длинных линейных цепей. [c.118]

Молекулы воды, непосредственно окружающие макромолекулы, образуют сольватную оболочку. Их поведение отличается от молекул воды в объеме. Число молекул воды, образующих соль-ватную оболочку, определяет степень гидратации макромолекулы и зависит от характера взаимодействия макромолекул с водой. Метод определения степени гидратации макромолекул, основанный на измерении ЯМР ( Н) спектров поглощения замороженных водных растворов этих веществ, был предложен в работах Кунтца с сотр. [582, 649, 650]. Они обнаружили в ЯМР-спектрах (60 МГц) замороженных водных растворов белков и нуклеиновых кислот при температуре —35 °С относительно узкие (2504-900 Гц) сигналы резонансного поглощения от протонов воды. Найдено, что количество гидратной воды составляет 0,3ч-0,5 г на 1 г белка. Нуклеиновые кислоты оказываются в 24-5 раз более гидратированы, чем белки. [c.243]

Когей и др. [35] получили мессбауэровский спектр лиофильно высушенного метмиоглобина кашалота. Обогащение белка изотопом Ре осуществляли рекомбинацией апомиоглобина с обогащенным Ре протогеминхлоридом. Мессбауэровский спектр состоял из внешней и внутренней пар линий, поведение которых с изменением температуры образца значительно различалось. Параметры мессбауэровского спектра, соответствующего внешней более интенсивной паре линий, и сильное уширение их при температуре 4,6° К совместимы с присутствием низкоспиновой конфигурации трехвалентного железа. Отметим, что в водных растворах метмиоглобина железо находится в высокоспиновом состоянии, и результат исследования мессбауэровских спектров высушенных препаратов оказался весьма неожиданным. Второй дублетный спектр с небольшим квадрупольным расщеплением и меньшей интенсивностью линий, по-видимому, соответствует высокоспиновой конфигурации железа, находящегося либо в свободном гемине, либо в остаточной фракции метмиоглобина, из которой вода не удалена полностью. [c.425]

Многочисленные литературные данные по ассоциации идентичных белковых молекул недавно были обсуждены Рейтелем [971]. Это явление можно проиллюстрировать на примере поведения инсулина — белка, химическое строение которого выяснено полностью и истинный молекулярный вес которого, по имеющимся сведениям, составляет 5733. Однако определение молекулярного веса в большинстве случаев дает значение 12 ООО или даже намного выше [972—974]. Димерная форма инсулина диссоциирует только в среде растворителя, который разрушает третичную структуру белка, например в водном солянокислом гуанидине или в смешанных органических растворителях [975, 976]. Так как две молекулы инсулина, связанные осью вращения, образуют повторяющееся звено в кристаллах инсулина, то, по-видимому, разумно предположить, что устойчивая в растворе димерная форма имеет подобную геометрию [977]. [c.336]

В основу поиска геометрических критериев упаковки вторичных структур Птицыным положена простейшая полипептидная цепь — гомополимер из аминокислот с гидрофобными боковыми группами. Предполагается, что такая цепь в водном окружении обладает вторичными структурами, стабилизированными пептидными водородными связями, и третичной структурой, стабилизированной гидрофобными взаимодействиями боковых групп вторичных структур. Реальное поведение гомополипептидов в растворе, однако, не дает оснований для подобных предположений [159]. Молекулы гомополипептидов, как и молекулы практически всех искусственных полимеров, имеют огромное количество близких по энергии непрерывно флуктуирующих в растворе свернутых форм, среди которых могут быть линейно регулярные. В отличие от белков здесь не возникает самой простой проблемы поиска геометрии глобальной структуры все свойства синтетических полипептидов обусловлены их статической природой. Следовательно, выбор гомополипептида для описания строго детерминированного процесса свертывания белковой цепи в конформационную стабильную трехмерную структуру нельзя признать удачным для подтверждения высказанных положений. Сомнителен также введенный автором принцип "внутренней организации участков аминокислотной последовательности, эквидистантных в отношении середины цепи" [191. С. 200], согласно которому центр всей последовательности и центры участков при последующем кратном делении цепи наделяются свойствами, не имеющими ничего общего с реальными конформационными свойствами как искусственных гомополипептидов, так и эволюционно отобранных аминокислотных последовательностей. [c.285]

Первоначально белки классифицировали в зависимости от их растворимости, и, хотя сейчас эта классификация в основном уже забыта, соответствующие названия до сих пор используют, когда речь идет о сывороточном альбумине или иммуноглобулинах. Глобулинами называли белки, нерастворимые при низких концентрациях соли в растворе сывороточные глобулины можно осадить, просто разводя сыворотку водой, при этом альбумины остаются в растворе. Поведение глобулинов — пример изоэлектрического осаждения белков в области всалива-ния (разд. 3.2). Однако эта классификация порождает путаницу, так как некоторые белки нерастворимы при pH 6, на растворимы при pH 8 и более низкой концентрации соли. Тем не менее существуют белки, которые по своим свойствам полностью соответствуют глобулинам. Это обычно белки с низкой растворимостью в водной среде, несущие на своей поверхности значительное число гидрофобных аминокислотных остатков. И наоборот, есть много истинных альбуминов, хорошо растворимых в воде и характеризующихся низкой гидрофобностью. [c.56]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология