Биополимеры глобула

Для хроматографического фракционирования смеси молекул, не сильно различающихся по своим массам, следует ориентироваться на линейный участок графика селективности, так чтобы для крайних значений молекулярных масс разделяемой смеси веществ значения оставались в интервале 0,2—0,8. То же самое относится и к определению самих молекулярных масс методом гель-фильт-рации. Впрочем, если это определение ведут в денатурирующем буфере (6 М раствор гуанидинхлорида), то надо учесть, что благодаря рыхлой упаковке денатурированных биополимеров вся область фракционирования смещается в сторону меньших значений молекулярных масс, чем те, которые приведены в таблицах для нативных глобулярных белков. Коррекцию на деформацию (и изменение размеров) белков следует вводить и в случае использования детергентов, применяемых для улучшения растворимости. Детергенты разворачивают белковые глобулы, увеличивая их эффективные размеры, и, кроме того, связываются с белками, что приводит иногда к заметному увеличению массы. [c.134]

Глобулярные кристаллы. В глобулярных кристаллах узлы решетки образуются отдельными макромолекулами в свернутых (или клубкообразных, глобулярных) конформациях, а взаимное расположение глобул в пространстве вполне регулярно, как в любом монокристалле. Формирование глобулярных кристаллов характерно для биополимеров, поскольку обязательным условием образования такой структуры является очень высокая степень однородности макромолекул по размерам, что достигается именно у биополимеров. Наиболее ярким примером такого рода кристаллов является монокристалл вируса табачной мозаики. Для синтетических полимеров такие кристаллы получены не были. [c.90]

Другое важное свойство молекул биополимеров, непосредственно обусловленное их структурой, — способность к температурным или вызванным заменой растворителя превращениям типа спираль — клубок или глобула — клубок. Подобные структурные превращения отражаются как на абсолютном значении [т ], так и ца зависимости h] от М или от градиента скорости [c.198]

Резким структурным переходом, наблюдаемым для биополимеров, является превращение глобулы в моно-а-спираль. Его можно осуществить при ликвидации вулканизационных 55-связей в белке и в условиях полной десольватации хребта полипептидной цепи (например, в диметилформамиде или хлор-этаноле). Это превращение для четырех белков в диапазоне [c.199]

Недавно было показано [33], что в органических растворителях можно солюбилизировать также и относительно высокие концентрации биополимеров-ферментов. Важно то, что фермент практически полностью сохраняет при этом каталитическую активность и специфичность. По идимому, молекула фермента, будучи включенной в обратную мицеллу (рис. 13.8), защищена против денатурации (разворачивания ее структуры) тем, что поверхность раздела "фаз" между белковой глобулой (или соответственно ее поверхностным слоем воды) и органическим растворителем стабилизирована молекулами ПАВ. В итоге биокатализатор непосредственно может и не контактировать с неблагоприятной для него органической средой, находясь в своеобразном микрореакторе, содержащем всего лишь несколько сотен или даже десятков молекул Н2О на молекулу фермента. [c.244]

Биополимеры и другие более сложные биологические объекты, например клетки, образуют большое количество разнообразных наносистем, как с металлсодержащими нанокластерами, так и без них. Белки представляют собой биополимеры, состоящие из полипептидных цепей, построенных из 20 типов аминокислотных остатков. Выделяются 4 уровня структурной организации. Первичная структура соответствует последовательности аминокислотных остатков в полипептидной цепи, которая определяет конфигурацию цепи. Вторичная структура определяется пространственной укладкой атомов, что приводит, например, к сворачиванию полипептидной цепи в виде а-спирали или 3-складок и соответствует конформации в полимерных цепях. Третичная структура соответствует пространственной укладке вторичной структуры в пространственную структуру типа глобулы с размерами от нескольких единиц до десятков нанометров в случае глобулярных белков или вытянутых фрагментов для фибриллярных белков. Четвертичная структура включает образования, состоящие из белковых глобул или отдельных белковых доменов. Белки [c.462]

В целом процесс образования глобулы в растворе полипептидных цепей и перехода ее затем в клубкообразное состояние при нагревании термодинамически неизбежен. Однако детали конструкции глобулы, ее структурные перестройки можно расшифровать лишь путем изучения конкретной природы объемных взаимодействий. Без решения этой проблемы невозможно понять, а тем более предсказать, свойства и особенности функционирования биополимеров в различных внешних условиях. [c.182]

Следует сказать, что вышеупомянутые методы измерения относятся к случаю радикала, вращающегося в изотропной среде, т. е. к случаю изотропной диффузии. Однако, в реальных ситуациях спектры ЭПР спиновых меток следует анализировать, исходя из того, что подвижность метки слагается из двух составляющих движения метки относительно молекулы биополимера и движения самой молекулы биополимера, несущего на себе метку. В случае, если метка жестко иммобилизована на поверхности биополимера, спектр ЭПР отражает подвижность только молекулы биополимера, поскольку движение метки будет определяться относительно медленным вращением белковой глобулы. Эффективное время корреляции можно определять, измеряя, например, расстояние между крайними широкими пиками и ширину линий в спектре (Кузнецов, 1976). Однако, случай, когда спиновая метка жестко связывается с молекулой биополимера, практически не реализуется. Па самом деле, спин-метка, связанная с белком, принимает участие в двух типах движения. Во-пер-вых, это быстрое вращение оси радикала и ее колебания относительно системы координат, связанной с глобулой. Это движение носит локальный характер. Во-вто-рых, это движение самой белковой глобулы, которое может носить изотропный характер (сферическая глобула) и замедляется с ростом вязкости окружающей среды. [c.279]

НС. Это явно указывает на большую подвижность поверхностных слоев относительно белковой глобулы с частотами, превышающими частоту броуновского вращения глобулы. Изменение динамики отдельных групп белка в спектрах ЯМР в ходе различных процессов позволяет также выявить участки белковой глобулы, непосредственно взаимодействующие субстратом, лигандами или участвующие в изменении конформации белка. Но в целом в спектрах ЯМР можно выделить довольно ограниченное число линий из-за перекрывания основной их массы в сложных спектрах биополимеров. [c.287]

Основной проблемой очистки белков является подбор детергента и оптимальных условий солюбилизации их молекул. Детергент не должен нарушать высшие типы пространственной организации белков, а лишь замещать молекулы липидов, контактирующие с гидрофобными участками белковой глобулы. Критерий максимальной солюбилизации белка — переход его молекул в надосадочную жидкость после осаждения мембран. Причем важным требованием процедуры солюбилизации является сохранение функциональной активности биополимера и его стабилизация. Для этого в исследуемую систему добавляют экзогенные фосфолипиды, глицерин, ингибиторы протеаз. Следует отметить, что получаемые при очистке белок-детергентные комплексы могут содержать значительные количества связанных фосфолипидов, что необходимо учитывать при дальнейшем разделении и характеристике получаемого препарата белка. [c.224]

Образование третичной структуры определяется дальними взаимодействиями, среди которых в случае глобулярных белков основной вклад вносят гидрофобные взаимодействия. Объединение нескольких белковых глобул или пространственно организованных различных биополимеров, не связанных между собой ковалентно и функционирующих как единое целое, и определяется как четвертичная структура. Примерами таких структур являются вирусы, мембраны, нуклеопротеиды и т, д. Однако применение терминов третичная и четвертичная структуры иногда оказывается неоднозначным. [c.16]

Автор допускает возможность существования множественной атаки при действии деполимераз. Более того, он убежден, что этот механизм может играть важную роль в ферментативной деструкции нерастворимых биополимеров, где продвижение адсорбированного фермента по поверхности субстрата происходит с участием периферийных частей белковой (гликопротеиновой) глобулы, что легко представить условно как перекатывание фермента по поверхности нерастворимого субстрата. Наконец, при гидролизе нерастворимых биополимеров важную роль играет своеобразный клеточный эффект , когда молекула фермента последовательно действует на один и тот же участок субстрата, не успевая диффундировать от него на достаточное расстояние и снова адсорбируясь в определенной близости от места предыдущей атаки. Иначе говоря, автор не против множественной атаки, как и других неординарных механизмов ферментативного катализа. Однако в любом случае они должны быть строго обоснованы, и следует обязательно учитывать альтернативные и более тривиальные механизмы. В противном случае и без того сложная картина кинетики и механизмов действия деполимераз дополнительно усложняется введением надуманн 1х-эффектов и необоснованных концепций. [c.104]

Ввиду больших размеров и сложности строения объектов конформац. св-ва биополимеров носят очень сложный характер. Так, разл. белки и полипептиды могут существовать в виде р-структур (параллельные мол. цепочки), а-спиралей, глобул и т. п., причем мн. макромолекулы [c.461]

В биологических системах фигурируют одномерные, двумерные и трехмерные кооперативные системы, содержащие большое число статистических элементов. Это соответственно макромолекулы биополимеров (белков и нуклеиновых кислот), надмолекулярные мембранные структуры и т. д. Глобулы белков в растворах и в надмолекулярных структурах могут рассматриваться как трехмерные кооперативные системы. Физические свойства указанных структур кооперативны, т. е. они существенным образом зависят от взаимодействия элементов. Кооперативность— принципиальная особенность молекулйрно-биологи-ческих систем, определяющая широкий круг явлений (см. [43]). Методы исследования кооперативных процессов имеют большое значение в теоретической биофизике. [c.44]

В обзоре [165] подробно рассмотрены адсорбционные методы иммобилизации на различных типах дисперсных и компактных углеродных материалах биополимеров — белков и ферментов. В этом случае существенную роль могут играть гидрофобногидрофильные взаимодействия белковой глобулы с поверхностными группами углеродных материалов (рис. 88). [c.205]

Применение методов и принципов исследования биополимеров к синтетическим системам и поиски простейших моделей биополимеров привели к открытию широкого класса макромолекул со структурной жесткостью , т. е. жесткостью формы, делающих такие макромолекулы отличными от статистических клубков, В пределах этого класса можно указать три варианта молекулярных структур линейно-кристаллические, типа опиральных полипептидов, конденсационные (молекулярные мицеллы) и вулканизационные . Молекулярные мицеллы образуют блок- или привитые полимеры в растворителях, где растворим лишь один комтюнент. Второй компонент выпадает на себя , образуя ядро мицеллы — нвазисплошную глобулу, которую можно рассматривать как зародыш твердой фазы в растворимой, в целом, макромолекуле, а первый компонент образует вокруг ядра оболочку , предотвращающую агломерацию. Вулканизационные структуры образованы клубкообразными макромолекулами, подшитыми водородными связями простейший пример — сополимер метилметакрилата и метакриловой кислоты в инертном (малополярном) растворителе. При изменении полярности растворителя (например, добавлении диметилформа-мида) такие макромолекулы претерпевают резкий переход в новую конформацию набухшего полиэлектролита. [c.334]

Температурная денатургщия. Белковые глобулы претерпевают переходы типа порядок - беспорядок в относительно малом интервале возмуш аюш ей переменной (температура) и в этом смысле напоминают фазовые переходы первого рода. Простая термодинамическая трактовка температурных переходов биополимеров состоит в том, что денатурацию рассматривают как обычную мономолекулярную реакцию перехода из нативной формы А в денатурированную форму В А В. В прямых калориметрических измерениях тепловых эффектов определяют изменение энтальпии, сопровождаюш ее эти переходы. Простейшая термодинамическая интерпретация калориметрических данных основана на уравнении Кирхгофа зави- [c.178]

При ЭТОМ оказывается, что на пути такого аффинного расширения возникает состояние, когда силы притяжения (ван-дер-ваальсовы, см. 1 гл. УП1) уже сильно ослаблены, а соответствуюш ее увеличение подвижности боковых групп еш е не наступило (Е. М. Шахнович). Это приводит к тому, что денатурационный переход в белковой глобуле происходит со скачком объема, т. е. является внутримолекулярным фазовым переходом первого рода, связанным с нарушением плотной упаковки в ядре. Па изменение структуры биополимера указывают также заметные изменения теплоемкости нативного белка в физиологической области температур задолго до регистрации главного денатурационного процесса. Оценки показывают, что высота барьера этого переходного состояния, называемого расправленной глобулой, составляет около 20 ккал/моль. [c.181]

Как известно, малые колебания атомов в молекулах и кристаллах с амплитудой Ха 0,001-0,01 нм достаточно хорошо могут быть описаны в рамках гармонического приближения. Соответствующие упругие постоянные для валентных колебаний лежат в диапазоне К = 10 -10 дин/см, а характерные частоты со 10 с . Эффекты ангармонизма обусловливают межмодовое взаимодействие, приводящее к колебательной релаксации с характерными временами т 10 с. Однако гармоническое приближение совершенно не годится для описания конформационных движений в биомакромолекулах с амплитудой > 0,01 нм. Плотность белковой глобулы сравнима с плотностью жидкостей и органических кристаллов. Поэтому смещения здесь на величину, превышаюшую 0,01 нм, как и в случае жидкостей, требует образования флуктуационной плотности или дырки , характеризуемой свободной энергией активации А(5 . Иными словами, конформационные движения в биополимерах ограничены по амплитуде, как и в твердых телах, но требуют энергии активации, как и в случае диффузии в жидкости (рис. XI.22). [c.334]

Состояние воды в биополимерах. Мы уже говорили, что обшдя топология белковой глобулы определяется гидрофобными взаимодействиями, которые имеют чисто термодинамическую природу. Неполярные углеводороды разруплают ячеистую структуру воды, что приводит к повышению энтропии (AS > 0) и, следовательно, к уменьшению свободной энергии системы [c.96]

Чрезмерно категоричные и безапелляционные выводы, еде- ланные иа первых порах при применении физических методов для определения состояния воды в растении, после их проверки и уточнения потребовали пересмотра. Прежде всего эти выводы противоречат основополагающему для молекулярной биологии представлению об участии воды в формированн нативной конформации биологических макромолекул и в их фуикционирова-пии. Если принять, иа основе данных, полученных с помощью физических методов, что структура воды практически не меняется даже при денатурации, то не может быть и связанного с водой вклада в свободную энергию сворачивания белковой глобулы в компактную структуру и тем более в измеиеиие ее конформации в процессе функционирования. В этой связи были тщательно проанализированы результаты, полученные при применении калориметрии, гравиметрии, диэлектрической спектроскопии, инфракрасной спектроскопии, различных разновидностей метода ЯМ.Р, и показано, что эти методы не учитывают слабосвязанную воду, вклад которой в свободную энергию системы сопоставим с вкладом прочносвязанной воды, либо они приводят вообще к неверным результатам из-за использования при их интерпретации некорректных предпосылок. С учетом динамических характеристик макромолекул показано, что количество связанной воды в биологических объектах значительно превышает ранее приведенные оценки и, в общем, находится в соответствии с представлениями об участии воды в формировании нативной конформации биополимеров и в их функционировании. Согласно этим данным, в живых клетках существуют по крайней мере две фракции прочносвязаиной и две фракции слабосвязанной воды [86—89]. [c.39]

Изучению механизма адсорбции биополимеров на различных поверхностях посвящено огромное число экспериментальных и теоретических работ и написано значительное количество обзорной литературы и книг. Для ознакомления с последними достижениями в данной области см. [518-521]. Несмотря на интенсивные исследования в силу исключительной сложности процесса многие аспекты механизма адсорбции белков являются спорными и не вполне разрешенными. Согласно общепринятым представлениям [515], начальными процессами неспецифической сорбции белков являются гидрофобные взаимодействия между поверхностью и гидрофобными участками белка. Первичная адсорбция в значительной степени обратима и связь белка с поверхностью несильная. Однако вслед за первичной адсорбцией может последовать частичная денатурация и разворачивание белковой глобулы, что приводит к увеличению силы взаимодействия белка с поверхностью и необратимости адсорбции. Для реальных биологических жидкостей, содержащих сотни белков и других веществ, ситуация значительно усложняется благодаря конкурентным адсорбционным и постадсорбционным взаимодействиями, что усложняет исследование и описание происходящих процессов. [c.497]