Кинетика конформационных изменений oli

Кинетика конформационных изменений в ферментативных реакциях. Как известно, белковые молекулы обладают набором конформационных степеней свободы [36]. Фактически речь идет о том, что белковая глобула может существовать в нескольких конформационных состояниях, равновесие между которыми устанавливается во времени. Соответствующие конформационные состояния активного центра могут отличаться как по сорбционной, так и реакционной способности в отношении субстрата или эффектора. Следовательно, кинетика конформационных изменений может отражаться в общей скорости ферментативной реакции. [c.272]

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]

КИНЕТИКА КОНФОРМАЦИОННЫХ ИЗМЕНЕНИИ, СОПРОВОЖДАЮЩИХ КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЕ [c.217]

Для сложных молекул (например, белков) изменение температуры может привести не только к изменению Больцмановского распределения молекул по уровням энергии, но и к изменениям структуры белка. Такие конформационные изменения могут изменить форму потенциальных ям, характеризующих процесс (см. рис. 4.3). Это означает, что формулы (4.5) и (4.8) могут оказаться неверными и использование уравнения Вант-Гоффа в термодинамике так же, как и Аррениуса и Эйринга в кинетике, могут привести к ошибочным результатам. Так, [c.63]

Кинетика конформационных изменений [c.332]

Механизм действия сериновых протеиназ в настоящее время понят лучше механизма любого другого типа ферментов и может служить иллюстрацией некоторых важных моментов, касающихся ферментативного катализа. Гидролиз амида может показаться не слишком сложной реакцией химику-органику. В случае же ферментативного катализа для обеспечения успешного протекания реакции необходимо очень строгое обеспечение тех стадий, которые химик может счастливо игнорировать. В противном случае будет происходить замедление реакции. Даже механизм, приведенный на схемах (28) — (34) и насчитывающий 9 отдельных стадий, является, безусловно, упрощенным. [В качестве иллюстрации можно отметить, что в последних исследованиях механизма действия химотрипсина с использованием методов быстрой кинетики в водном диметилсульфоксиде при —90°С показано наличие четырех процессов, предшествующих образованию тетраэдрического интермедиата см. схему (28) . Первым из этих процессов является связывание субстрата, остальные, по-видимому, представляют собой индуцированные субстратом конформационные изменения в ферменте, необходимые для обеспечения правильной стереохимии катализа] [63]. Нетрудно понять, почему для катализа распада такой высоко энергетической частицы, как тетраэдрический интермедиат, требуется особое обеспечение такие стадии могут в конце концов быть скоростьопределяющими в самых простых реакциях. Однако в связи с тем, что для эффективного протекания ферментативного катализа необходимы очень [c.497]

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]

При хроматографии высокомолекулярных веществ разность F-O, i — i учитывает конформационные изменения, происходящие с макромолекулами при межфазном переходе, Xq, зависит от деформаций, которым макромолекулы могут подвергаться в каналах подвижной фазы, а множитель р/а показывает соотношение объемов фаз и зависит от пористости сорбента, размера его зерен, их формы и качества упаковки хроматографического слоя. Поскольку соотношение между вероятностями сорбции и десорбции определяет кинетику хроматографического процесса, из уравнения (1.17) следует, что характер последней зависит от соотношения объемов фаз системы и разности в этих фазах стандартных значений химических потенциалов анализируемых компонентов. [c.21]

Эпштейн и Хаген [38] использовали концепции классической кинетики ферментов для анализа поглощения рубидия отрезанными корнями ячменя. Оказалось, что калий конкурентно ингибирует поглощение рубидия, тогда как натрий при низких и умеренных концентрациях не оказывает такого эффекта. На основании этого и ряда других фактов было сделано предположение, что переносчик, локализованный в мембране, обратимо соединяется с ионом на внешней стороне мембраны, а образующийся комплекс переносчик — ион проходит через мембрану (которая считается очень слабо проницаемой для свободных ионов), после чего благодаря химическому изменению молекулы переносчика ион освобождается во внутренний отсек или пространство. Ион теперь не может вернуться обратно во внешний раствор, во-первых, из-за непроницаемости мембраны и, во-вторых, из-за отсутствия сродства иона к переносчику, который на внутренней стороне мембраны имеет иную конфигурацию. В действительности переносчик, по-видимому, действует циклически, как транспортный фермент. В процессе переноса химическим или конформационным изменениям подвергается активный агент (переносчик), а не субстрат, на который он действует (ион). Можно предположить несколько иной механизм, который мы не способны были бы отличить от только что описанного он состоит в следующем. Мембрану можно рассматривать как макромолекулу, первоначально связывающую субстрат(ион)в участке своей поверхности, обращенной к внешнему раствору. Транспортирующий фермент перемещает ион [c.265]

Возможность измерения Ks для тиосульфата позволяет подойти к вопросу о конформационных изменениях при связывании субстрата с позиций кинетики. Это важно главным образом потому, что результаты кинетических экспериментов поддаются в этом случае однозначной интерпретации. Как указал Лейдлер [23], неэлектростатический вклад в энтропию, превышающий величину, [c.206]

Константы равновесия в том и другом случае отличаются незначительно (в 2—4 раза). В то же время при переходе от профлавина к родамину 6Q процесс комплексообразования красителя с активным центром замедляется почти в 10 paat Структуры молекул этих лигандов различаются в основном лишь тем, что молекула родамина 6Q содержит дополнительное бензольное кольцо. Как показало изучение температурной зависимости кинетики комплексообразования, энергия активации этого процесса порядка 17 ккал/моль (71,4 кДж/моль). С другой, стороны, известна, что энергия активации процессов, контролируемых диффузией, не превышает, как правило, 5 ккал/моль (21 кДж/моль) [62, 63]. Поэтому следует заключить, что образование комплекса химотрипсина с более объемной молекулой родамина 6G возможно лишь в результате конформационных изменений в молекуле фермента. Такой механизм (1.8) комплексообразования органических молекул с белками, по-видимому, весьма распространен. [c.31]

Следует также заметить, что эта модель не предусматривает никакого специального физического механизма взаимодействия центров. Ее авторы считают, что оно может быть объяснено на основе гипотезы принудительного контакта Кошланда, согласно которой образование комплекса с одной из молекул субстрата приводит к конформационным изменениям фермента, которые каким-то образом повышают его сродство к следующим молекулам субстрата. Конформационные изменения лежат в основе и других, более сложных моделей регуляторной кинетики, рассматриваемых ниже. [c.239]

РЕЛАКСАЦИОННАЯ КИНЕТИКА. КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЕ ЛИГАНДОВ С БЕЛКАМИ. КОНФОРМАЦИОННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В БЕЛКАХ [c.210]

Динамика конформационных изменений, сопровождающих комплексообразование белков с лигандами, в ряде случаев детально исследована методом температурного скачка. Рассмотрим кинетическое поведение системы, описываемой схемой (9.11) в условиях, близких к равновесию. Кинетика процесса, представленного [c.217]

Изучение динамических свойств отдельных макромолекул, с одной стороны, является необходимым фундаментом для понимания и построения общей теории кинетики полимеров в массе, а с другой стороны, имеет самостоятельное значение как теоретическое, так и прикладное. Внутримолекулярная подвижность — это чувствительная (хотя и не всегда легко интерпретируемая) функция химической структуры отдельной макромолекулы, степени стереорегулярности внутрицепного ближнего и дальнего порядка (внутрицепной организации), она может служить чувствительным индикатором внутримолекулярных конформационных изменений. [c.263]

Следует подчеркнуть, что межмолекулярный обмен протонов представляет собой лишь один из типов обменных явлений, который влияет на спин-спиновое взаимодействие и особенности спектра. Из изучения уширения линий и появления расщепления можно получить данные о кинетике других превращений. Например, значительная работа была проделана по изучению энергетического барьера вращения в замещенных этанах. Также весьма интенсивно ведутся работы по изучению конформационных изменений в цик-логексанах и других циклических системах, и именно на основании этих работ была получена большая часть количественных данных относительно энергетических барьеров взаимопревращений, а также подтверждены качественные представления, изложенные в гл. 4. Основополагающим фактом во всех этих работах является то, что аксиальные и экваториальные протоны или протоны, входящие в состав экваториальных или аксиальных групп типа СНз, ОН, КНг и т. д., не являются магнитно эквивалентными и поэтому имеют различные значения величин б и /. Еще одним типом обмена является инверсия гетероатомов, таких, как третичный атом азота. Так, было показано, что третичные амины RR R"N действительно подвержены инверсии конфигурации (гл. 4, разд. 5, Д) с измеряемой скоростью даже при низких температурах. [c.136]

Были разработаны методы для изучения очень быстрых переходных процессов, хотя трудности, связанные с решением уравнений скорости, иногда мешают анализу таких систем. Однако, даже если нельзя решить уравнения скорости, в случае многих кинетических систем решение можно найти для условий, близких к равновесным. Это делают линеаризацией уравнений скорости, что приводит к системе линейных дифференциальных уравнений, которую можно решить стандартными методами. Для исследования быстрых процессов вблизи равновесия можно использовать релаксационную спектрометрию, регистрируя кинетику перехода химических форм системы к новому положению равновесия. Такой подход привел к пониманию деталей многих процессов. При изучении спектров времен релаксации ферментативных реакций было обнаружено, что связывание субстрата (лиганда) с ферментом происходит с частотой на 1—2 порядка ниже предельной величины, соответствующей случаю диффузионного контроля. Кроме того, обнаружены конформационные изменения молекулы белка, время протекания которых составляет от 10- до Ют с. [c.82]

Итак, с помощью этой модели можно объяснить не только некоторые экспериментальные данные по кинетике. Ключевое предсказание модели о взаимосвязи между конформа-ционными изменениями и степенью насыщения фермента субстратом подтверждается прямыми экспериментальными фактами, демонстрирующими существование конформационных изменений. [c.102]

Экспериментальный анализ кинетики таких систем оказывается очень сложным уже для я > 4. Однако изучение термодинамики плавления олигомеров (рассмотренное ранее) показывает, что для описания плавления достаточно более простой модели. Вполне допустимым является приближение, в котором концентрации промежуточных состояний (Н,, Н2,. .., Н , ) считаются стационарными, а меняются лишь концентрации конечных состояний С и Н (рис. 23.12). Такое приближение часто используется для анализа конформационных изменений (гл. 21). Олнако для рассматриваемого процесса результаты даже такого приближения оказываются весьма сложными. Поэтому мы обратимся к еще более простой модели двух состояний, достаточной для объяснения большинства кинетических данных. [c.336]

В третьем томе показано, как благодаря совместному использованию различных экспе-рименталь.ных методов и теоретических подходов удается понять поведение и свойства биологических макромолекул. Главное внимание уделяется термодинамике и кинетике конформационных изменений и взаимодействию макромолекул с лигандами. При этом в случае необходимости описываются новые методы, а также подробно рассматривается история исследования некоторых вопросов. В гл. 15-17 обсуждаются проблемы взаимодействия молекул с лигандами, в гл. 18 и 19 излагаются теории и методы, используемые при изучении молекул, конформация которых носит статистический характер, гл. 20-24 посвящены конформационным изменениям в белках и нуклеиновых кислотах, гл. 25 — биологическим мембранам. [c.6]

Обратите внимание, что константа, характеризующая равновесие между АХ и ВХ, является функцией трех других констант, а именно KiKbx/Ka x.- Теперь рассмотрим следующую ситуацию. Предположим, что в отсутствие X преобладает А, однако X более прочно связывается с В, чем с А. Тогда в равновесной смеси будут преимущественно присутствовать или свободный А, или ВХ (в меньших количествах будут находиться также АХ и В). Возникает интересный с точки зрения кинетики вопрос по какому из двух возможных путей будет протекать реакция перехода от А к ВХ [уравнение (44)] Первый вариант, рассматриваемый в модели Моно—Уаймена—Шанжё, предполагает, что X связывается только с В, небольшое количество которого присутствует в смеси в равновесии с А. Согласно второму варианту, X связывается с А, но АХ затем быстро переходит в ВХ. Можно сказать, что X вызывает (индуцирует) конформационное изменение в белке А, облегчающее состыковку . Именно на этом основана концепция Кошланда, известная под названием концепции индуцированного соответствия. Следует иметь в виду, что, зная константы равновесия, можно определить только равновесные концентрации всех четырех форм, присутствующих в уравнении (4-44). Однако при изучении метаболизма нас чаще интересуют скорости тех или иных реакций, а не равновесное состояние, а исходя только из данных для равновесной системы, а priori нельзя сказать, по какому из двух возможных путей будет реально протекать данная реакция. [c.298]

В принципе особенности на кривой у(5) могут возникать не в результате кооперативного взаимодействия субъединиц, но вследствие неравновесных конформационных свойств фермента. Допустим, что молекула фермента, переработавшая субстрат в продукт, выходит из реакции в активном конформационно измененном состоянии. Если время возвращения в исходное невозмущенное состояние превышает время между встречами фермента с субстратом или того же порядка, то кинетика будет имитировать кооперативную. Соответствующая модель была предложена Рабином [82] (см. также более позднюю работу [83]). Схема процесса показана на рис. 7.30. Здесь Ро — свободная от субстрата молекула фермента в исходной конформации, Р, — [c.460]

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]

Описанные выше эффекты влияния микроструктуры цепи на кинетику полимераналогичных и внутримолекулярных реакций носили в основном качественный характер, и величины соответствующих констант скоростей оценивались кинетическим методом на стерически возможно более чистых моделях — специально синтезированных синдиотактических и изотактических образцах. При этом всегда остается вопрос, а не проявляются ли одновременно с этим и другие эффекты, а именно — конформационные изменения, специфическое взаимодействие полимер — растворитель, наконец, влияние соседних прореагировавших групп и т. п. С этой точки зрения количественные данные, полученные кинетическим методом для оценки стереохимического эффекта, могут оказаться не всегда правильными, хотя, как нам представляется, качественная картина при этом получается вполне надежная. [c.40]

Фактором, определяющим кинетику изменения поверхностного натяжения во времени, по мнению авторов [8], является диффузия молекул из объема в поверхностный слой. К сожалению, при рассмотрении поведения ПАВ полимерной природы не было принято во внимание, что наряду с диффузией в самом адсорбционном слое протекают процессы переупаковки сегментов и изменения конформации молекул, которые также влияют на поверхностное натяжение раствора. Если же учесть это, то становится понятной отмеченная авторами [8] зависимость времени достижения Оравн от длины оксиэтиленовой цепи при концентрации полиэтиленгликолей выше критической концентрации мицеллообразования (ККМ). В этом случае в кинетической картине образования адсорбционного слоя на первый план выступают именно конформационные изменения цепей молекул в поверхностном слое. [c.189]

Если обратимые конформационные изменения протекают относительно быстро и в каждый момент времени конформационные равновесия успевают устанавливаться, кинетика инактивации будет описываться одноэкспоненциальным уравнением, однако в наблюдаемую константу скорости инактивации будут входить константы равновесия конформационных изменений. [c.95]

Интересные экспериментальные результаты получены при изучении конформационных изменений белка, сопряженных с изменением pH и перераспределением зарядов на белковой глобуле. Как правило, инактивация ферментов существенно возрастает или замедляется в сильнокислых или щелочных растворах. В работе Клибанова, Мартинека, Березина (1974) проведено изучение кинетики инактивации химотрипсина под действием ультразвука. В диапазоне концентраций фермента 10 —10 М кинетика инактивации достаточно строго описывается одноэкспоненциальным уравнением типа (5.4), (5.9), (5.12) или (5.15) (рис. 38). Исследование кинетики инактивации а-химотрипсина ультразвуком показало, что скорость инактивации резко падает при кислых и ще- [c.97]

Кинетика связывания ФМН представляет собой более сложный процесс и характеризуется двумя временами релаксации. Процесс описывается схемой (9.11), где вторая стадия представляет собой конформационное изменение первичного комплекса. Из данных по зависимости (т1 -+-+Т2 ) и (Ti- I2 ) от суммы равновесных концентраций белка и кофактора найдены константы скорости всех элементарных реакций (см. табл. 31). По аналогичному двухстадийному механизму протекает связывание с активным центром 5-деазофлавин-мононуклеотида, содержащего фосфатную группу и отличающегося от ФМН замещением азота на углерод по пятому положению. [c.226]

В экспериментах изучалась кинетика обратимого связывания лиганда СО с гемовым железом и конформационные изменения белкового интерьера активного центра, участвующие в этом процессе. В исходном состоянии МЬСО подвергается действию лазерной вспышки, которая разрывает связь между лигандом и гемовым железом. В результате фотодиссоциации миоглобин переходит в деоксиформу. Это приводит к уменьшению поглощения в полосе Сорэ (для МЬСО при 423 нм) и к появлению полосы поглощения (полоса III) в спектре миоглобина около 760 нм ( 13 000 см ), характерной для его форм, лишенных лигандов. [c.328]

Однако исследование кинетики свертывания рибонуклеазы А, проведенное Болдвиным при различной вязкости растворителя, не обнаружило заметного влияния изменения скорости диффузии на скорость ренатурации белка [213]. Если не выходить за рамки эмбрионуклеационной модели, то эти данные можно объяснить свертыванием полипептидной цепи рибонуклеазы по механизму, в котором определяющими скорость процесса являются конформационные изменения эмбрионов перед их коалесценцией. [c.301]

Тщательное параллельное изучение кинетических аспектов конформационных изменений и ферментативной активности при денатурации шести белков (фумаразы, энолазы, альдолазы, глицеральфос-фатдегидрогеназы, лактатдегидрогеназы и малатдегидрогеназы) было предпринято в 1971 г. Дж. Тейпелем и Д. Кошландом [51]. Для каждого объекта исследовано влияние на кинетику свертывания фермента и восстановление его биологической функции наличия в растворе соответствующего субстрата или кофактора (S), изменения ионной силы молекулы и концентрации. Заключения о конформационных изменениях делались по данным кривых дисперсии оптического вращения ферментов, показывающих характерный для них отрицательный эффект Коттона при 232—234 нм, и спектров флуоресценции в области 300— 400 нм. [c.354]

В современной литературе вопросам функционирования олигомерных ферментов уделяется большое внимание. Уже в работах Кошланда, на основе концепции конформационной подвижности белков [53], развитой в принцип индуцированного соответствия , предложена модель работы олигомерных ферментов [104]. При этом используется идея о глобальной передаче конформационных изменений путем межсубъединичных взаимодействий. Модель Кошланда и др. основана на следующих постулатах в отсутствие лиганда белок существует в одной конформации лиганд, связываясь с субъединицей белка, вызывает в ней конформационное изменение, которое может передаваться на соседнюю субъединицу. Для описания связывания необходимо вводить столько констант, сколько существует центров связывания. В некоторых случаях это усложняет интерпретацию наблюдаемых экспериментальных данных. Однако, в принципе, аксиоматика этой модели такова, что кинетика практически любых олигомерных ферментов, для которых справедливо допущение о квазиравновесном связывании субстрата , может быть описана на ее основе. В зависимости от количества субъединиц и схемы взаимодействия между ними, модель допускает спектр состояний как лишенных симметрии, так и имеющих симметрию более низкого порядка по сравнению с максимальной, наблюдаемой у свободного фермента. [c.105]

Во многих случаях знаний о хромофорах оптически активной системы недостаточно для надежного предсказания спектра КД, так же как данных по гомологичным системам порой оказывается недостаточно для проведения полуэмпирических расчетов. И все же измерение оптической активности может быть использовано как удобный метод выявления конформационных изменений и исследования локального окружения хромофоров. В последующих главах мы рассмотрим кинетику и термодинамику коиформациоиных изменений. При выполнении подобных экспериментов необходимо проследить за изменениями структурных параметров в зависимоти от времени, температуры и других переменных. Если система содержит несколько компонентов (например, состоит из участков с разной конформацией), то ее поглощение или оптическая активность всегда будут представлять собой просто среднее арифметическое соответствующих величин. Например, [ 1 = Е Х 0/. где X, — мольная доля /-го компонента, 0, — КД этого компонента. При удачно ( выборе длин волн можно следить за каждым компонентом независимо. [c.83]

Из соотнощения (23.53) можно определить мольную долю динуклеотилов со стэкингом Xs и затем найти константу равновесия для образования стэкинга в основном состоянии, = х,/(1 — Xs) = 9. Если бы константы скоростей для образования стэкинга в основном и возбужденном состояниях совпадали, то константа скорости разрушения стэкинга была бы равна А 5 = к /К = 1,9- 10 с . Тогда время релаксации, которое получалось бы в результате исследований метолом температурного скачка или каким-либо аналогичным методом (гл. 16), составило бы т = (к + к ) = 5,3 не. Это значительно меньше тех значений, которые обычно наблюдаются в релаксационных экспериментах. Следовательно, мы вполне можем пренебречь временем образования одноцепочечного стэкинга при анализе кинетики других конформационных изменений в нуклеиновых кислотах. Лимитирующие процессы или релаксационные процессы, наблюдаемые в двухцепочечных системах, должны соответствовать другим элементарным актам. [c.335]