Водородные связи разрыв при денатурации

Интересное явление, которое отличает механохимическую деструкцию от других видов расщепления, — это так называемая денатурация нуклеиновых кислот. Известно, что при обычных методах расщепления дезоксирибонуклеиновая кислота разрывается на два одинаковых фрагмента вследствие разрыва водородных связей. Изменение pH или повышение температуры вызывает разрыв многочисленных водородных связей, вследствие чего макромолекулярные цепи ДНК теряют гибкость и перестраиваются в более компактную структуру, сохраняя постоянный первоначальный молекулярный вес. [c.243]

Обе стадии невозможно отделить одну от другой. Сущность тепловой денатурации можно рассмотреть на примере глобулярных белков. Основная молекула глобулярного белка, как известно, состоит из одной или нескольких полипептидных цепей, сложенных складками и образующих клубки. Такая структура стабилизируется непрочными связями, среди которых большую роль играют водородные связи, образующие поперечные мостики между параллельными пептидными цепями или их складками. При нагревании белков происходит усиленное движение полипептидных цепей или их складок, что вызывает разрыв непрочных связей между ними. В результате этого наблюдается развертывание и перегруппировка складок, сопровождаемые перераспределением полярных и неполярных радикалов, причем неполярные радикалы концентрируются на поверхности глобул, понижая их гидрофильность, а следовательно, и растворимость. [c.370]

Денатурирующими агентами могут быть различные химические факторы кислоты и щелочи, изменяющие реакцию среды белковых растворов, выходящую за пределы значения pH от 3 до 10, т. е. лежащего вне зоны устойчивости белковых молекул разные легко гидратирующиеся соли, которые могут не только высаливать белки, по и денатурировать их в этом отношении остается справедливым лиотропный ряд для анионов Гофмейстера, в котором роданид и близлежащие к нему анионы вызывают денатурацию, в противоположность сульфатному концу ряда органические растворители, например ацетон, этиловый и метиловый спирты и др., снимающие водную оболочку у белков соответствующие окислители, производящие разрыв дисульфидных мостиков в белковой молекуле гуанидин и карбамид (мочевина), изменяющие количество водородных связей и, следовательно, конфигурацию белка (как бы производят плавление его комплексной спиральной структуры) и др. [c.209]

Белки представляют собой биологические молекулы с длинными цепями, построенными из аминокислот. Белковая цепь имеет специфическое расположение, которое удерж1[вается водородными связями между группами N—Н и С=0, расположенными вдоль цепи (см. разд. 11.5, ч. Г). При денатурации белка, например при варке яйца, повышение тепловой энергии вызывает разрыв водородных связей, и регулярное расположение групп вдоль белковой цепи нарушается. Какие знаки имеют величины ДЯ и Д5 в процессе денатурации белка [c.197]

Линейная одноцепочечная ДНК редкий в природе тип молекулярной организации ДНК. Например, ДНК мелкого вируса мыши. Но такой тип ДНК легко получить при денатурации линейных двухцепочечных ДНК- Разрыв водородных связей между комплементарными полинуклеотидными цепями заканчивается раскручиванием двойной спирали и последующим разделением двух полинуклеотидных цепей. Образовавшиеся две более гибкие по сравнению с исходной молекулы быстро свертываются в беспорядочные клубки. Будучи гораздо более гибкими, линейные одноцепочечные ДНК в растворе характеризуются значительно меньшей вязкостью. Соответственно изменяются и другие гидродинамические характеристики одноцепочечной ДНК по сравнению с линейной двухцепочечной. Медленное охлаждение раствора ДНК после температурной денатурации ведет к образованию ренатурированной ДНК с типичным линейным двухцепочечным строением. [c.58]

А. Ф. Усатый. Разрыв водородных связей в нативном белке обычно связывают с его денатурацией. Некоторые наши измерения показывают, что величины выходов радикалов и предельные концентрации в денатурированном и нативном белке отличаются не очень сильно (в 2—3 раза), но кинетика исчезновения радикалов после облучения различна, что может быть связано с разными константами диффузии газов. [c.214]

Если титрование ДНК от нейтральных значений pH до pH 2,6 и в обратном направлении при 25° приводит к необратимому разрушению двухспиральной структуры, связанной водородными связями, как это ясно из гистерезиса, то при титровании до промежуточных значений pH получается ряд обратных кривых, из которых могла быть рассчитана доля разорвавшихся водородных связей [206]. Если происходит разрыв водородных связей только на 10—15%, то они могут заново образоваться при возвращении к нейтральным значениям pH, но разрушение водородных связей на 75% или более приводит к возникновению нестабильной структуры, которая быстро разрушается до беспорядочной денатурированной формы. Тепловая денатурация может сопровождаться также прогрессирующим смещением кривых при титровании в прямом направлении от pH 7 до 3. Быстрый необратимый разрыв водородных связей происходит при температуре выше 75°, а смещение кривых титрования [c.563]

Максимальное же число солевых мостиков в этом белке, равное 6, настолько невелико, что им практически можно пренебречь. Теплота денатурации пепсина равна -f-85 ООО кал/моль, поэтому можно считать, что на одну водородную связь приходится 85 000 150 кал. Если все водородные связи разрываются при денатурации, то на разрыв одной такой связи расходуется около 570 кал. Эта величина значительно меньше, чем общая величина энергии водородной связи, равная приблизительно 5 ООО кал. Нужно, однако, помнить, что разрыв одной водородной связи типа N—Н 0=С сопровождается немедленно образованием новой водородной связи с другими частями пеп- [c.161]

Денатурация ДНК — полный или частичный разрыв водородных связей между парами азотистых оснований, ведущий к раскручиванию полинуклеотидных цепей ДНК и их последующему разделению. Процесс денатурации обычно осуществляют путем нагревания растворов ДНК или же обработкой химическими реагентами. Жесткая двойная спираль ДНК после полной денатурации дает две значительно более гибкие молекулы, быстро свертывающиеся в беспорядочные клубки. Температуру, при которой отмечается середина структурного перехода спираль — клубок, называют т емпературой плавления. Ее рассматривают как температуру фазового перехода. Этот переход сопровождается изменениями всех основных молекулярных параметров ДНК. [c.49]

Однонитевые разрывы Двухнитевые разрывы Поперечные сшивки Денатурация (разрыв водородных связей) [c.116]

При денатурации может также происходить разрыв водородных связей. Однако при этом объем увеличивается только на 3—4 мл-моль 1 Объем увеличивается и при разрыве ковалентных связей. Например, в результате разрыва углерод-углеродной [c.133]

Все а-, р- и 7-глиадины состоят из единственной полипептидной цепи [64—69, 72, 73, 156]. Цистеины в молекулах а-, Р- и 7-глиадинов связаны внутримолекулярными дисульфидными мостиками. Эти дисульфидные мостики расположены так в полипептидной цепи, что их разрыв приводит к значительной фрагментации цепи [79]. В твердом состоянии после экстракции и лиофилизации глиадины имеют компактную структуру, в образовании которой, вероятно, участвуют гидрофобные остатки [163]. При высокой концентрации в растворе они стремятся к агрегированию, видимо, вследствие образования водородных связей между молекулами [8]. В денатурируюш,ей среде (8М мочевина и 0,1М муравьиная кислота) глиадины имеют рыхлую и асимметричную структуру, на что указывают коэффициенты трения. Восстановление дисульфидных мостиков еш,е сильнее увеличивает асимметрию и степень рыхлости, т. е. пространственного расширения молекулы [140]. Присущая ш-глиадинам вязкость в среде 6М гуанидинхлорида указывает на то, что в этих условиях они находятся в виде статистического клубка из-за отсутствия дисульфидных мостиков. Они обладают такой конформацией в присутствии 2М гуанидинхлорида — концентрации, которая не вызывает денатурации, следовательно, в нативном состоянии в растворе конформация ш-глиадинов — это статистический клубок. Аналогичное исследование а-, р- и 7-глиадинов показывает, что они не имеют жесткой глобулярной конформации, но, наоборот, представляют собой молекулы полужесткой структуры с низкой степенью организации [153]. Основываясь на известных N-концевых последовательностях, Перноле и Мосс [154] предложили модели вторичной структуры. Они представили а-, Р- и 7-глиадины в основном как р-структуру, прерываемую р-из-гибами и непериодическими структурами. Практически отсутствует а-спираль ш-глиадины четко различимы, поскольку наиболее выраженная их структура — это р-изгиб, прерываемый [c.196]

Физические агенты. Денатурация белков может осуществляться и за счет действия различных физических агентов. Наиболее общим и наиболее изученным денатурирующим воздействием является нагревание. Тепловое движение полипептидных цепей вызывает как разрыв водородных связей между ними, так и нарушение взаимодействия гидрофобных групп. При постепенном повышении температуры можно наблюдать иногда признаки ступенчатого, скачкообразного течения процесса денатурации. По-видимому, процесс разрушения водородных связей в нативных молекулах имеет кооперативный характер, что позволяет говорить о температуре и теплоте плавления а-спиральных участков у ряда белков. Денатурированные нагреванием белки легко агрегируют и выпадают в осадок, хотя коагуляция представляет собой вторичное явление. Вероятно, коагуляция является результатом возникновения дополнительных дисульфидных мостиков, солеобразных и вторичных водородных связей между различными молекулами. То, что коагуляция тесно связана с образованием дисульфидных связей, подтверждается тем фактом, что д-хлормеркурибензоат ингибирует свертывание. В свою очередь коллаген, не содержащий сульфгидрильных групп, при нагревании превращается в растворимую желатину. [c.186]

Обычно денатурация ДНК отражает разрушение упорядоченной вторичной структуры, которое происходит в результате разрыва водородных связей. Этот разрыв может происходить при увеличении температуры, при обработке ДНК кислотой или щелочью, а также при уменьшении концентрации ионов (включая и цротивоионы) до величины, ниже критической. По-видимому, для начала денатурации ДНК необходим разрыв нескольких водородных связей, но далее этот процесс протекает кооперативно, т. е. разрушение более слабых участков двойной спирали (в случае тепловой денатурации эти участки могут состоять в основном из адениновых и тиминовых остатков) уменьшает стабильность соседних участков и ведет к быстро прогрессирующему разрушению структуры. Таким образом, различия в степени денатурации данного препарата отражают гетерогенность образцов ДНК по составу [c.602]

Изменение устойчивости нативной конформации с изменением природы растворителя позволяет объяснить относительное значение различных факторов, определяющих третичную структуру белков. Стремление неполярных сорастворителей к денатурации водных растворов белков является сложным процессом. Когезия неполярных остатков в водной среде, с одной стороны, стабилизует спиральную конформацию, а с другой стороны, может быть основной причиной образования многих изгибов, посредством которых спиральные участки полипептидной цепи складываются в компактную структуру глобулярных белков в нативном состоянии. Уменьшение полярности среды может поэтому привести к уменьшению содержания спиральных конформаций [381, 390, 391] до того, как они разрушатся окончательно. Действие мочевины или солей гуанидина лишь частично объясняется разрушением гидрофобных связей. Было показано, что водный раствор мочевины является лучшим растворителем для неполярных веществ, чем сама вода [392]. Однако было также обнаружено, что водный раствор мочевины или солянокислого гуанидина оказывает специфическое сольватирующее действие па скелет полипептидной цепи, которое имеет совершенно другие характеристики, чем солюбилизация углеводородных остатков [393]. Наконец, уменьшение устойчивости нативной формы глобулярных белков с увеличением температуры доказывает, что разрушение третичной структуры является эндотермическим процессом, в то время как разрыв гидрофобных связей должен протекать экзотермически. Это приводит к выводу [394] о том, что знак измененля энтальпии определяет какой-то другой процесс,— возможно, разрыв водородных связей, сопровождающий разворачивание полипептидной цепи. [c.137]

Рис. 6.16. Локальная денатурация (разрыв водородных связей) ДНК бактериофага Л, подвергнутой ультрафиолетовому облучению (R. S. Stafford, D. Р. Allison, R. О.

В течение нескольких последних лет советский ученый Л. А. Блюменфельд вел работы по изучению ферментов методом парамагнитного резонанса. Оказалось, что в ходе реакции окисления субстрата на белке фермента при исследовании системы парамагнитным методом обнаруживаются интенсивные сигналы, вид которых указывает на наличие неспареняых делокализованных электронов. Такое явление имеет место лишь в ходе реакции. Когда субстрата нет и реакция не идет, сигнал отсутствует. Денатурация белка, т. е. разрыв водородных связей, также ликвидирует сигнал. Наличие делокализованных неспаренных электронов привело Л. А. Блюменфельда к мысли, что пептидные связи, чередующиеся с водородными связями, дают сопряженную систему связей, вдоль которых неспаренный электрон может свободно перемещаться. Этот электрон фермент получает от субстрата вследствие близости уровней энергии в адсорбированной молекуле субстрата и белка. Все нижние уровни белка заняты, и потому электрон не может перейти на нинший уровень белка. Таким образом, делока-лизованный неспаренный электрон делает всю огромную молекулу белка как бы свободным радикалом, способным реагировать с акцептором. Поэтому для реакции между субстратом и акцептором нет надобности в непосредственном контакте между ними, надо только, чтобы они оказались на время связанными с большой макромолекулой белка фермента. Этим и объясняются, по-видимому, огромные предэкспоненты в выражениях для скоростей ферментативных реакций. Весьма возможно, что такого рода эффекты, но менее сильные и специфичные, определяют в некоторых случаях и активность обычных катализаторов. Эти опыты и соображения натолкнули нас еще в 1957 г. на мысль организовать в лаборатории анизотропных структур исследование проблемы синтеза новых полимеров с чередующимися ординарными и двойными связями, полагая, что таким образом нам удастся создать полимеры, обладающие полупроводниковыми свойствами и способными к специфическому катализу окислительно-восстановительных [c.20]

Под денатурацией понимают изменение пространственной структуры белков и, как следствие, уменьшение или полное подавление функциональной активности, растворимости и других биологических и физико-химических свойств. Следует различать денатурацию и деградацию белков. При деградации происходит фрагментация первичной структуры и образование фрагментов белковой макромолекулы. Денатурация не сопровождается фрагментацией, однако может происходить разрыв дисульфидных мостиков, а также слабых водородных, гидрофобньгх и электростатических связей. В результате изменениям подвергается четвертичная (при ее наличии), третичная и в меньшей степени вторичная структуры. [c.53]

Как для водородных, так и для гидрофобных (неполярных) связей характерна низкая энергия, однако если их число достаточно велико, то они вполне способны придать большой молекуле устойчивую структуру, точно так же как лиллипутяна.м удалось множеством слабеньких цепочек приковать к земле лежащего Гулливера. Сколь ни мала энергия этих связей в макромолекуле, оказывается, она достаточна для того, чтобы противостоять нарушению структуры, которое могут вызвать столкновения с другими молекулами при комнатной температуре. Однако по мере повышения температуры возрастающая сила молекулярных столкновений и возрастающая энергия внутримолекулярных колебаний легко вызывают разрыв и водородных, и неполярных связей, что служит причиной таких явлений, как тепловая денатурация белков и плавление молекул ДНК. [c.25]