Модели третичной структуры

Рис. 1.20. Модель третичной структуры молекулы миоглобина (по Дж. Кендрью). Латинскими буквами обозначены структурные домены, красным цветом-гем.

Рис. 4.3. Гипотетическая модель третичной структуры молекулы предшественника химотрипсина (по Ней-рату).

Рис. 12. Гипотетическая модель третичной структуры молекулы химотрипсиногена.

Рис. 33. Модель третичной структуры белка

Рпс. 28. Гипотетическая модель третичной структуры молекулы а-химотрипсина (по Нейрату) с изображением функциональных групп активного центра. [c.213]

Рис. 1.16. Модели третичной структуры

Не более оригинальна и каркасная модель сборки белка, базирующаяся на постулате, непосредственно следующем из концепции Полинга-Кори о якобы энергетической предпочтительности регулярных вторичных структур, которые в связи с этим должны играть центральную роль в определении пути структурирования белковой цепи. Предполагается, что процесс сборки начинается с появления изолированных и на первых порах изменчивых вторичных структур ("мерцающих кластеров"). Взаимодействуя друг с другом, они вытесняют молекулы воды, стабилизируют свои структуры и посредством гидрофобных взаимодействий образуют единый, достаточно жесткий каркас третичной структуры [23, 24]. Близкое и столь же умозрительное представление о свертывании белковой цепи заложено в так называемой диффузионно-коллизионной модели [25, 26]. Аналогичные по существу механизмы сборки белка рассматривались также в работах [27, 28]. [c.86]

С момента рождения модели Уотсона-Крика структуры ДНК до появления третичной структуры первой молекулы нуклеиновой кислоты прошел 21 год. Будем ли мы столь же долго ждать установления первой полной структуры вируса [c.66]

Конкретизация представлений о механизме действия каждого отдельного фермента является исключительно трудной задачей. Для этого необходимо предварительное установление не только первичной, но также вторичной и третичной структур фермента. Последнее достигается обычно применением рентгеноструктурного анализа. В итоге создается подробная трехмерная модель молекулы фермента. Увязы- [c.431]

Поскольку поглощение белков в области 250—300 ммк обусловлено остатками триптофана, тирозина и фенилаланина, изменение поглощения в этой области связано, по-видимому, с влиянием, которое оказывает на хромофоры изменение условий в молекуле белка. Эксперименты с индолом, фенолом и бензолом— соединениями, которые можно рассматривать как модели этих остатков, — показывают, что при увеличении показателя преломления растворителя наблюдается сдвиг в область длинных волн (в данном случае речь идет не о красном сдвиге к 295 ммк, обусловленном ионизацией фенольной группы). Для неполярных растворителей этот сдвиг можно объяснить и оценить количественно. В водных растворах направление сдвига остается тем же, однако описать его простой формулой не удается. Для этого необходимо оценить, в какой мере растворитель может стабилизировать основное и возбужденное состояния хромофорных групп. Сдвиг в голубую область спектра, наблюдаемый при разрушении структуры белка, можно объяснить качественно, если предположить, что хромофорные группы перемещаются при этом из гидрофобной среды в белковой матрице в водную среду, показатель преломления которой меньше. Разностные спектры служат чувствительным показателем нарушений в третичной структуре, которым обычно сопутствуют изменения оптического вращения, вязкости и т. д. В некоторых случаях большое изменение теплоты и энтропии наблюдается при условиях, когда, судя по измерениям оптического вращения, изменений во вторичной структуре не происходит. В таких случаях разностные ультрафиолетовые спектры могут служить дополнительным критерием наличия изменений в третичной структуре. Можно ожидать также изменений в спектре, обусловленных изменением величины заряда вблизи хромофора. Однако эксперименты с модельными соединениями показывают, что подобные изменения могут происходить только в том случае, если [c.299]

Хотя активный центр относительно невелик, он должен все же представлять собой довольно сложную структуру. Известно, что он определяет и каталитическую активность, и специфичность, а поэтому должен обеспечить весьма тесное взаимодействие, точное в пространственном (геометрическом) и химическом отношении с молекулами субстрата или с их необходимыми частями. Для проявления активности этого центра необходима его трехмерная структура, кооперативное действие его различных участков, возникающее при их топографическом сближении и соответствующей ориентации. Следовательно, необходима определенная трехмерная структура всей молекулы фермента. В настоящее время принято считать, что активный центр не располагается Б пределах какого-либо небольшого отрезка одной пептидной цепи, а представляет совокупность групп, расположенных на двух или нескольких цепях или на различных участках одной, но сложно изогнутой пептидной цепи. Структуру подобного рода мы видим на гипотетической модели молекулы химотрипсиногена, представленной Г. Нейратом (рис. 12). На модели черными линиями показан активный центр химотрипсина, который занимает небольшую область и включает два остатка гистидина и один остаток серина. Здесь имеется одна единственная пептидная цепь, изогнутая таким образом, что различные участки ее (различные аминокислотные остатки) сближены и образуют каталитически активный центр. Ясно, что каталитическая способность химотрипсина зависит не только от наличия тех или иных функциональных групп, но главным образом от конфигурации всей макроструктуры белка, поскольку эта конфигурация определяет взаимное расположение групп активного центра. Отсюда ясно и значение стабильности макроструктуры (третичной структуры) белка для выявления и сохранения ферментативной активности. [c.74]

Выше отмечалось, однако, что создать в третичной структуре макромолекулярной глобулы (или в структуре агрегата из макромолекул) полость с заданной топографией, включающую активный центр, необходимо, но еще не достаточно для построения синтетического аналога фермента. Таким путем можно добиться продуктивного связывания субстрата в активном центре и увеличить скорости катализируемых реакций на 3—4 порядка по сравнению с катализом на низкомолекулярных моделях активных центров. Но это, как показывают теоретические оценки и некоторые эксперименты, в лучшем случае приведет к достижению уровня активности, характерного для природных ферментов в отношении неспецифических субстратов. [c.297]

Обнаруженная полифункциональность активного центра, конечно, еще не может служить доказательством трех- или двухцентрового механизма элементарного акта расщепления и-нитрофенилацетата в активной полости. Не исключено, что каждый из нуклеофилов действует независимо. Однако важно подчеркнуть самою возможность построения синтетической макромолекулы, принимающей конформацию, при которой молекула субстрата продуктивно связывается вблизи трех функциональных групп. Кроме того, сказанное выше позволяет надеяться, что в процессе приготовления полимерного катализатора, вообще говоря, возможна и целенаправленная настройка третичной структуры на модель многоцентрового переходного комплекса в соответствии с сформулированным выше принципом. Следовательно, возможно и осуществление эффективного многоцентрового катализа в активных полостях специально организованных глобул синтетических сополимеров. [c.299]

Третичная структура определяет специфику строения белка. У глобулярных белков она определяет форму глобулы, выступы, расположение функциональных групп, что в свою очередь обусловливает нативные свойства каждого конкретного белка. На рис. 49 представлена модель строения молекулы белка миоглобина. [c.213]

Л<с. 4.4. Созданные на компьютере модели третичной структуры лизоцима до и после присоединения субстрата, показывающие, как работает этот фермент. А. Вид сбоку. Активный центр имеет форму щели, проходящей по всей толще молекулы. Б. Вид сбоку. Активный центр с находящейся в нем молекулой субстрата. Обратите внима -ние на некоторое изменение формы фермента, вызванное присоединением субстратй. Это пример индуцированного соответствия , постулированного Кошландом в 1959 г. Субстрат лизоцима представляет собой короткую олигосахаридную цепь, легко умещающуюся в активном центре и расщепляемую ферментом. Такие олигосахариды входят в состав бактериальных клеточных стенок и их разрушение влечет за собой гибель бактерий — клеточные стенки утрачивают присущую им жесткость и клетки лопаются под действием осмотических сил. Лизоцим — широко распространенный фермент, выполняющий защитную функцию он содержится в слезах, слюне и в слизи носовой полости. В. Вид спереди. Активный центр с находящейся в нем молекулой субстрата. Г. Компьютерная модель лизоцима с субстратом в активном центре. [c.156]

Pu . 6. Модель третичной структуры (a) и аминокислотная последовательность (б) белка TBI. Локализация Т- и В-эпитопов в белках ENV и GAG HIV-1 показана над последовательностью. Т-клеточные эпитопы А, В, С, D (а-спиральные районы) отмечены красными блоками, В-клеточные эпитопы зелеными [c.501]

Итак, создание синтетическим путем макромолекулы с уникальной устойчивой третичной структурой в принципе возможно. Трудно, однако, сказать, какова вероятность отбора при синтезе именно каталитически активной конформации. Тем не менее (даже без закрепленной третичной структуры) полимерные модели привлекают к себе столь широкое внимание, что число работ, посвященных этим системам, исчисляется сотнями. Однако обнаруживаемое увеличение реакционной способности функциональных групп, присоединенных к полимерной цепи, в большинстве изученных систем обусловлено лишь тривиальными эффектами среды (приводящими, например, к кажущемуся сдвигу р/(а) или же локальным концентрированием субстрата на полимере [62]. Те же эффекты играют основную роль и в мицелляр-ном катализе (см. 6 этой главы). Это не удивительно, поскольку мак-ромолекулярные частицы полимерного мыла (типа ХЬУ ) по таким свойствам, как характер взаимодействия гидрофобных и гидрофильных фрагментов друг с другом и с другими компонентами раствора, подвижность отдельных звеньев, диэлектрическая проницаемость и др., близки к мицеллам поверхностно-активных веществ [64]. Рассмотрим некоторые примеры. [c.105]

Наиболее важная информация о строении молекулы химотрипсина (молекулярная масса 25 ООО) была получена с помощью рентгеност-зуктурных исследований последних лет, проведенных Блоу с сотр. 14, 17—19]. Как итог своих исследований авторы представили трехмерную модель молекулы химотрипсина (см. рис. 3). В согласии с ранними общими представлениями о строении белков было найдено, что все заряженные группы в молекуле этого фермента направлены в сторону водного растворителя (за исключением трех, которые выполняют специфические функции либо в механизме активации зимогена, либо в механизме действия активного центра). Особенности расположения аминокислотных остатков с гидрофобными боковыми цепями внутри белковой глобулы также согласуются с ранними представлениями о важной роли гидрофобных взаимодействий в стабилизации третичной структуры белков (см. гл. I). [c.127]

В нач. 50-х гг. была выдвинута идея о трех уровнях организации белковых молекул (К. У. Линдерстрём-Ланг, 1952)-первичной, вторичной и третичной структурах. Определены первичные структуры инсулина (Ф. Сенгер, 1953) и рибонуклеазы (К. Анфинсен, С. Мур, К. Хёрс, У. Стайн, 1960). По данным рентгеноструктурного анализа были построены трехмерные модели миоглобина (Дж. Кендрю, 1958) и гемоглобина (М. Перуц, 1958) и, т. обр,, доказано существование в Б, вторичной и третичной структур, в т. ч. а-спирали, предсказанной Л. Полингом и Р, Кори в 1949-51. [c.248]

Методы нсследовання первичной структуры. Знание первичной структуры Б,-основа для определения его вторичной и третичной структур, выяснения расположения фуикц. групп в активном центре Б. и построения модели его функ- [c.250]

Стадия взаимодействия вторичных структур должна следовать за стадией их образования. Следовательно, до выработки геометрических критериев упаковки вторичных структур в супервторичные необходима идентификация а-спиралей и р-складчатых листов, описание процессов их идентификации, развития и терминации. Задачи, перечисленные в работе [140], предполагаются решенными, что, как известно, не соответствует действительности. Поэтому модель Птицына описывает не весь процесс белкового свертывания, а лишь упаковку вторичных структур, т.е. завершающую стадию, быть может, не отвечающую соответствующей стадии реального механизма самоорганизации. Следует также отметить несовместимость предложенной модели с одним из постулируемых в этой же работе положений. Так, автор, рассматривая вопрос об идентификации а-спиралей и Р-структур, исходит из существования корреляций между вторичными структурами и аминокислотной последовательностью, а обсуждая образование из них супервторичных структур, утверждает отсутствие таких корреляций. В основу поиска геометрических критериев упаковки вторичных структур 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 супервторичной и третичной структурой, стабилизированной гидрофобными взаимодействиями боковых цепей а-спиралей или Р-складчатых листов. Реальное поведение гомополипептидов в растворе не дает, однако, оснований для подобных предположений [25, 142-144]. Молекулы гомополипептидов, как и молекулы других синтетических полимеров, имеют огромное количество близких по энергии непрерывно флуктуирующих в [c.504]

Рис. 23. Масштабные атомные модели необычных пар оснований, реализуемых в третичной структуре тРНК (дрожжевая tPIIK )

Рис. 24. Масштабные атомные модели троек оснований, связанных водородными связями, типичных для третичной структуры тРНК

Рибосомы представляют собой сложную молекулярную машину ( фабрику ) синтеза белка. Для выяснения тонких механизмов синтеза белка в рибосомах необходимы более точные сведения о структуре и функциях всех компонентов рибосом. В последнее время получены данные, свидетельствующие о вероятной пространственной трехмерной структуре как целых рибосом, так и их субчастиц. В частности, выяснено, что форму и размеры 30S и 40S субчастиц рибосом предопределяют не белковые молекулы этих частиц, а третичная структура входящих в их состав 16S и 18S рРНК. Более того, по данным акад. A. . Спирина, для сохранения пространственной морфологической модели всей 30S субчастицы оказалось достаточным наличие только двух белков (из 21), содержащихся в определенных топографических участках молекулы 16S рРНК. [c.515]

В 1972 г. Кун предложил наглядную модель добиологической эволюции, непосредственно учитывающую суточную периодичность в состоянии среды. Такая периодичность означает периоди-т1еское изменение температуры и увлажнения — чередование растворения вещества и высыхания раствора. В начале образовывались сравнительно короткие полинуклеотидпые цепи — пра-тРНК,— приобретающие третичную структуру. Периодическое изменение состояний среды действовало как фактор отбора — сохранялись те молекулы, которые не гидролизовались в стадии увлажнения. Отбирались цепи, способные к репликации. При этом возникала хиральность, знак которой определялся слу- чайным начальным событием (см, с. 45). [c.548]

Рассмотрим сначала наиболее простой случай развития межфазной прочности водных растворов глобулярных белков на границе с воздухом. Известно, что в водных растворах молекулы яичного альбумина, сывороточного альбумина и казеина находятся в виде глобул и большинство неполярных групп создают гидрофобные области внутри глобулы. При адсорбции белка на поверхности в результате избытка свободной энергии на границе раздела фаз происходят конформационные изменения адсорбированных молекул, так как нарушается равновесие сил, стабилизи-руюш их глобулу. Ранее на возможность развертывания глобул белков на границе раздела фаз указывалось в работах Александера [42, 43, 126], Пче.чипа [151], Деборина [152]. Развертывание макромолекул на границе раздела фаз сопровождается глубокими изменениями в третичной структуре, вследствие чего большинство гидрофобных групп ориентировано к воздуху. Агрегация денатурированных макромолекул и обусловливает нарастание прочности межфазного адсорбционного слоя. Возникаюш,ий при агрегации макромолекул тип структуры, образованный множеством межмолекулярных гидрофобных связей, напоминает -структуру параллельного типа. Фришем, Симхой и Эйрихом [153—155] для разбавленных растворов полимеров была разработана модель структуры адсорбционного слоя, по которой гидрофобные участки макромолекул обращены в газовую фазу, тогда как остальная часть адсорбированной макромолекулы образует как бы свободные петли и складки. Эта модель также не исключает возможности образования межмолекулярных связей, приводящих к возникновению межфазных прочных структур. [c.214]

Одной из важнейших функций полисахаридов в природе является их способность образовывать гели , что широко проявляется в царстве бактерий, растений и животных. В последние годы Рис с сотрудниками горячо отстаивал точку зрения, согласно которой образование гелей некоторыми полисахаридами обусловлено возникновением межмолекулярных связей между полисахаридными цепями. Характер такого взаимодействия полимерных цепей с данной вторичной структурой определяет их третичную структуру. Важность третичной структуры для установления общей структуры полисахаридов продемонстрировали 133, 135—137, 145] результаты исследования семейства родственных полисахаридов, экстрагируемых из красных морских водорослей, так называемых карра-гининов (см. разд. 2,12). Эти полисахариды обладают достаточно правильными первичными структурами и потому очень удобны для изучения взаимосвязи вторичной и третичной структур полисахаридов с их свойствами в твердом состоянии и в растворе. Они удобны также в качестве моделей для изучения геле-образования. [c.146]

Вторичную и третичную структуры и-, I- и Я, Кар рагининов можно проанализировать [133, 135, 136] методом расчетного моделирования, как было описано выше для целлюлозы. Правда, в данном случае приходится рассматривать четыре переменные ( ав, 1 Ав, фвА и грБА), причем каждая пара переменных относится к отдельной гликозидной связи. На основании этого анализа можно сделать вывод, что цепи х- и 1-каррагининов должны образовывать двойные спирали только в том случае, если каждая цепь будет закручиваться вправо. Изображенная на рис. 3.48 двойная спираль 1 Каррагинина была получена [136] на основе молекулярной модели, построенной с учетом вычисленных координат и экспериментальных данных. Рассмотрение этой молекулярной модели выявляет [135, 136] возможность существования водородной связи между Оз 3-О-замещенного остатка [c.149]

Рис. 20-7. Модель, изображающая третичную структуру фермента лизоцимхло-рида (установлена в результате предварительного исследования методом рентгеноструктурного анализа).

Была сделана попытка построить стереохимиче-ские модели различных третичных структур аланиновой тРНК (из дрожжей) на базе известной нуклеотидной последовательности и предложенной Холли вторичной структуры молекулы типа клеверный лист , затем рассчитать для каждой полученной модели интенсивности малоуглового рассеяния рентгеновских лучей и сопоставить эти значения с экспериментальными величинами Лучшее совпадение было получено для модели, схематически изображенной на рис. 4,25 (хотя при углах выше 60 мрад наблюдаются заметные расхождения). Такая конформация, по-видимому, согласуется с имеющимися данными. Действительно, петля с антикодоном находится в менее экранированном состоянии, чем две другие петли, что должно обеспечивать большую реакционную способность этого участка. Изложенное, конечно, не исключает возможности существования и других 33 моделей . [c.298]

Рис. 4.25. Предлагаемая схема третичной структуры аланиновой тРНК из дрожжей (вто ричная струк тура соогветст вует модели ти па клеверный лист , обозна чение петель с т рис. 4.23,6)2 "

Способ действия токсина на молекулярном уровне пока неясен, но вероятно, что его мишенью могут быть рецепторы фос-фатидилхолина и N-ацетилгалактозамина [635]. Химено и др. [636] предположили, что в действии этого токсина участвуют нуклеотидные производные. Харди [618], используя возможности компьютерной графики, создал модель взаимодействия между токсином и рецепторами насекомых, которая смогла предсказать структуру инсектицидного белка. После того как станут известны вторичная и третичная структуры белка, может быть описан его активный центр это могло бы привести в конечном [c.311]

N-aцильнoe производное нуклеофильного звена или его модель) или геометрическую модель переходного комплекса. Тогда формируемая в процессе синтеза и миграции заместителей первичная структура будет настраиваться на минимум свободной энергии системы, соответствующий глобулам, в которые встроен промежуточный продукт каталитического превращения или модель переходного комплекса. Иными словами, конформационный переход произойдет при достижении такого внутримолекулярного распределения функциональных групп, в котором модель функционирующего активного центра уже учтена как элемент первичной структуры. Теперь нужно удалить включенный фрагмент из сформировавшейся глобулы и освободить активный центр. Если в результате этого не произойдет катастрофического разрушения третичной структуры (а ее, если понадобится, можно предварительно стабилизировать внутри- или межмолекулярным сшиванием), то система перейдет в более высокий энергетический минимум, запомнив ,, однако, энергетически предпочтительное состояние с занятыми активными центрами. Последнее эквивалентно возникновению некоторого напряжения, которое по крайней мере частично сохранится или даже усилится при сорбции соответствующего субстрата в зоне активного центра и которое будет подталкивать реагирующие частицы вдоль координаты реакции, т. е. в сторону образования промежуточного продукта или переходного комплекса, запрограммированного при самонастройке. Упомянутое напряжение окажется причиной снижения свободной энергии активации процесса. Термин напряжение взят в кавычки, ибо, вообще говоря, нет никакой необходимости (впрочем, равно как и противопоказаний) трактовать его как истинное напряжение третичной структуры. [c.296]

Если в растворе молекула полимера не имеет определенной фиксированной третичной структуры, например, в гелях, то ее можно рассматривать как статистический клубок . Для описания поведения таких макромолекул в качестве модели обычно используют так называемый эрзац-клубок Куна . В то время как в реальной полимерной цепи отдельные связи и углы между ними достаточно жесткие и имеет место лишь более или менее заторможенное вращение, свободно сочлененная цепь состоит из небольших, одинаковых, соединенных друг с другом участков , статистически ориентированных по отношению друг к другу. Длину этих участков называют персистентной длиной. Спрашивается, какова персистентная длина свободно сочлененной цепи, обладающей такими же физическими свойствами, как и реальная цепочечная макромолекула По персистентной длине можно судить о жесткости молекулы полимера. Среднеквадратичное расстояние между сонцами свободно сочлененной цепи / и ее радиус инерции г связаны с персистентной длиной а соотношением [c.127]

На рис. 8 и 9 показаны модели молекул миоглобина и гемоглобина, построенные Кендрью в 1957—1961 гг., в результате длительного и глубокого изучения структуры этих белков и данных, ранее полученных Пе-рутцем. Доклад Кендрью на V Международном биохимическом конгрессе в 1961 г. вызвал большой интерес, так как в нем были описаны трехмерные структуры белков. Модель миоглобина (атомарная и объемная) изображает третичную структуру, а модель гемоглобина — четвертичную. Молекула гемоглобина состоит из четырех субъединиц, расположенных [c.88]

Рис. 8. Третичная структура многлобина а — атомарная модель (белая жирная линия обозначает направление главной полипептидной цепи), б —объемная модель

Справочник химика 21

Химия и химическая технология