Конформационное равновесие в полипептидах

Глава 20 Конформационное равновесие в полипептидах и белках переход спираль — клубок [c.179]

Конформационные переходы в белках и полипептидах имеют большое биологическое значение. Наиболее полно изученное конформационное изменение — это переход а-спираль — клубок в полипептидах его анализ весьма полезен для понимания конформационного равновесия в других системах. Переход спираль — клубок может быть вызван изменением температуры или состава растворителя. В случае высокомолекулярных полипептидов он происходит в узком диапазоне значений этих параметров, т.е. является кооперативным процессом. Кооперативность можно качественно объяснить стерическими, энергетическими и статистическими ограничениями в а-спиральных и клубкообразных конформациях, которые способствуют росту уже существующих спиралей, а не образованию новых, рассеянных по всей цепи спиральных участков. [c.206]

Механизм гомотропного и гетеротропного взаимодействия в гемоглобине, по-видимому, зависит от трех типов конформационных переходов в белке небольших изменений третичной структуры каждой из полипептидной субъединиц, от малых изменений четвертичной структуры и больших изменений четвертичной структуры комплекса из четырех ассоциированных полипептидных субъединиц. Первый из этих переходов представляет собой последовательность изменений, охватывающих только небольшую область полипептида, и связывает процессы, в которых участвует железо, с равновесием между свободными и связанными аминокислотными остатками на определенном участке поверхности субъединицы. Этот тип переходов достаточен для объяснения гетеротропного взаимодействия в белках, состоящих только из одной полипептидной цепи. Однако в гемоглобине конформационные изменения второго типа приводят к образованию или разрыву солевых мостиков между субъединицами, что автоматически влечет за собой небольшие изменения четвертичной структуры. Нарастание этих небольших изменений в четвертичной структуре в конце концов приводит к К—Т-переходу. Таким образом, процессы, в которых участвует железо в каждой из субъединиц, косвенно связаны с переходами между К- и Т-формами всего белка. [c.182]

Ионизующиеся макромолекулы (полиэлектролиты). Химические и физико-химические особенности поведения ионизующихся макромолекул (поликислот, полиоснований и их солей). Количественные характеристики силы поликислот и полиоснований. Электростатическая энергия ионизованных макромолекул. Распределение ионной атмосферы. Равновесие Доннана. Специфическое связывание противоионов. Кооперативные конформационные превращения ионизующихся полипептидов в растворах. Амфотерные полиэлектролиты. Изоэлектрическая и изоионная точки. Белки как пример амфотерных полиэлектролитов. Кооперативные химические реакции между противоположно заряжающимися макромолекулами (образование полимер-поли-мерных комплексов). [c.382]

Другая серьезная проблема, возникающая при учете электростатических взаимодействий, связана с диэлектрической проницаемостью е. Выше отмечалось, что этот параметр характеризует макроскопическое свойство среды ослаблять взаимодействие зарядов, находящихся на большом расстоянии друг от друга. В конформационном анализе одной молекулы такая трактовка параметра е, строго говоря, теряет смысл. Тем не менее от использования диэлектрической проницаемости не отказались и вводят В расчет в виде эмпирического параметра, величина которого может существенно отличаться от величины известной физической константы. Определение е, используемой в конформационном анализе, связано с большими трудностями и вряд ли является однозначным. В отсутствие молекул растворителя в промежутке между близко расположенными атомами значение диэлектрической проницаемости определяется поляризуемостью взаимодействующих атомов и полем, создаваемым окружающими атомами и молекулами растворителя. Для неполярной среды Брант и Флори рекомендуют величину е = 3,5 [86]. Выбор был сделан при сопоставлении результатов конформационного анализа полипептидов с опытными данными. В работе Скотта и Шераги, посвященной конформационному анализу регулярных структур полипептидов, значение е варьируется от 1 до 4, что, однако, мало сказывается на профиле потенциальной поверхности [85]. Учитывая величину диэлектрической проницаемости в алкиламидах (е = 4), значения от 1 до 4 можно считать разумными при оценке электростатических взаимодействий атомов полипептидов в неполярных средах. В случае водных растворов значение зф должно быть больше, так как для самой воды е = 81 и, что весьма важно, вода при образовании водородных связей оттягивает на себя заряды атомов амидной группы. С. Кримм и Дж. Марк в расчете конформаций полипептидов с заряженными группами в водной среде использовали величину е, равную 10 [95]. В работе Е.М. Попова и соавт. [96] была рассмотрена возможность учета влияния растворителя на конформационное равновесие низкомолекулярных пептидов в рамках механической модели. Наилучшее совпадение с экспериментальными данными было получено при е = 4 для растворов в ССЦ, е = 6-7 - СНСЦ и е = 10 - Н2О. [c.119]

Конформационное состояние полипептида в растворе зависит от природы растворителя, концентрации, степени полимеризации, температуры, значений pH и ионной силы раствора. Изменение положения конформационного равновесия представляет собой своеобразное внутримолекулярное плавление, кристаллизацию и перекристаллизацию, подобно фазовому переходу первого ряда. В силу коопера-тивности этого процесса все промежуточные состояния между полностью упорядоченными структурами и полностью неупорядоченным статистическим клубком являются переходными структурами. [c.37]

Интересные дополнительные сведения о равновесиях реакций мегкду полиэлектролитами и о структурных изменениях комплексов в процессе реакций получены при исследовании конформационных превращений макромолекул при образовании полиэлектролитных солевых комплексов. Эти исследования проведены в основном использованием реакций синтетических и модельных нолиэлектролитов, для которых в настоящее время имеется ряд методов, позволяющих идентифицировать конформации макромолекул в растворе. Существенное изменение конформации макромолекулярных компонентов при образовании полиэлектролитных комплексов было обнаружено в работах Хаммеса и др. при исследовании реакции между противоположно заряженными полипептидами — поли-1/-глутами-новой и поли-Ь-аспаргиновой кислотами и полиоснованиями — поли- -лизином и поли- -орнитином. Методами дисперсии оптического вращения и циркулярного дихроизма было показано, что реакция между поли-//-лизином и поли-//-глутаминовой кислотой при pH = 4 и 7 (в воде и в смеси воды и метанола) приводит к конформации р-структуры полипептидов, хотя поли-Ь-лизин при этих значениях pH находится в конформации статистического клубка, а поли-Ь-глутаминовая кислота имеет конформацию клубка при pH = 7 и конформацию а-спирали при pH = 4. Образование полиэлектролитных комплексов поли-/у-аспаргиновая кислота — по-ли- -лизин и поли- -аспаргиновая кислота — поли- у-орнитин при pH = 7 сопровождается спирализацией полипептидных цепочек, в то время как индивидуальные компоненты в тех же условиях обладают конформацией клубка. [c.24]

Изучение поведения гомополимеров оптически активных мономеров также привело к открытию интересных эффектов. Ряд исследователей [607—609] показали, что полимеризация оптически активных виниловых мономеров при условиях, способствующих образованию изотактических полимеров, приводит к получению продуктов, оптическая активность которых может во много раз превышать оптическую активность исходных реагентов. Однако Пино и Лоренци [608], а также Бейли и Ейтс [607] обнаружили, что экстрагирование полученных ими полимеров растворителями, проводимое для разделения изотактических и атактических фракций, приводит к получению образцов с сильно различающейся оптической активностью. Эти данные с первого взгляда могли показаться неожиданными, так как ранее была доказана малая вероятность того, чтобы нсевдо-асимметрические центры цепи главных валентностей виниловых гомополимеров вносили существенный вклад в оптическую активность. Этот результат можно объяснить на основе конформационных явлений. В гл. III было показано, что потенциальная энергия изотактических полимеров минимальна, когда цепи принимают спиральную конформацию. Если цепь имеет ответвления с центрами асимметрии, следует ожидать, что это будет способствовать возникновению спиральных участков, закрученных в одном направлении, и асимметрия формы таких спиралей будет оказывать влияние на наблюдаемую оптическую активность. Такое объяснение высоких значений наблюдаемой оптической активности впервые было высказано Пино и Лоренци, которые, в частности, подчеркнули высокий температурный коэффициент оптической активности исследованных ими изотактических полимеров в растворе. Это явление напоминает подобный эффект, замеченный в растворах полипептидов, температурные изменения оптической активности в которых указывают на явную связь с переходами спираль — клубок. Это объяснение было отвергнуто Ноза-курой и др. [609], которые указали, что оптическая активность ноли-г-4-метилгексена-1 сравнительно нечувствительна к изменениям природы растворителя, которая должна оказывать сильное влияние на равновесие между спиральной и свернутой в клубок конформациями. Существенно [c.205]

При образовании пептидных связей в белках и полипептидах отдельные аминокислотные остатки теряют свой цвиттерионный характер. Их кислотно-основные свойства определяются лишь двумя концевыми остатками и боковыми группами. При этом изменение кривой титрования на участках, соответствующих отдельным остаткам, объясняется в основном двумя эффектами во-первых, электростатическими взаимодействиями, вызванными изменениями локальной химической структуры, и, во-вторых, термодинамическими взаимодействиями, обусловленными сопряжением ионного и конформацион-ного равновесий. Рассмотрим разницу между N- и С-концами белков, с одной стороны, и амино- и карбоксильными группами свободных аминокислот — с другой. При pH 7 в свободных аминокислотах имеет место значительное электростатическое притяжение между положительно заряженной НН группой и отрицательно заряженной СОО -группой. Данные по ионному равновесик олигоаланинов, приведенные в табл. 2.1, показывают, что это затрудняет удаление протона от NH , а также присоединение протона к СОО . Таким образом, если для Ala или (А1а)2 влияние заряженных групп очень велико, то уже для (А1а)4 взаимодействие между концевыми заряженными группами не столь важно. В Дополнении 2.1 рассмотрены основные принципы ионизационного равновесия и проиллюстрировано использование данных титрования для оценки энергии электростатического взаимодействия. [c.44]

В гл. 22—24 опять главным предметом обсуждения оказьшаются нуклеиновые кислоты. Здесь мы расмотрим взаимодействие их с лигандами, конформационные изменения и организацию третичной структуры некоторых нуклеиновых кислот. Часть этих, тем пересекается с темами предшествовавших глав, где основное внимание было уделено белкам и полипептидам. Книгу заключает гл. 25, посвященная в основном важной теме равновесий в системах, разделенных мембранами, а также структуре и функционированию липидных бислоев. [c.5]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология