Конформационные изменения в полипептидах

Конформационные изменения в полипептидах [c.105]

Эти особенности природных полипептидов, как будет подтверждено совместным рассмотрением опытных данных Крейтона и результатов расчета конформационных возможностей БПТИ, оказываются достаточными для сокращения области поиска и направления случайно возникающих флуктуаций по кратчайшему пути. Сборка белка при соблюдении отмеченных условий начинается одновременно и практически независимо на конформационно жестких по средним взаимодействиям фрагментах, разделенных лабильными участками последовательности. Случайный и беспорядочный перебор всех возможных флуктуаций практически автономных жестких фрагментов обязательно приведет к возникновению у каждого из них бифуркационной комбинации необратимых конформационных изменений, отвечающих уникальному сочетанию флуктуаций входящих в фрагмент остатков. Время, необходимое для структурной самоорганизации пептидного участка из п остатков по беспорядочно-поисковому механизму I - 10" с. Следовательно, продолжительность сборки конформационно жесткого фрагмента с п < 12 не превышает 10 с, т.е. вполне реально. Альтернирующие вдоль белковой цепи конформационно лабильные участки приблизительно той же длины за это время также претерпевают серьезные изменения. Реализация у них средних взаимодействий приводит к ограничению конформационной свободы. Из огромного массива случайных состояний путем все того же беспорядочного перебора обратимых и необратимых флуктуаций за время г = Ю" с возникает ограниченный набор устойчивых и при отсутствии дальних взаимодействий изоэнергетических состояний. [c.475]

В данном разделе обсуждаются также и другие физические методы, дающие информацию о конформационных изменениях в полипептидах. Они включают, в частности, технику конформа-ционных зондов, дающую информацию о конформационном поведении отдельных участков молекулы полипептида. [c.434]

Двойная хиральность а-спиралей белков и полипептидов, создаваемая асимметрией Ь-аминокислотных остатков и асимметрией самой спирали, определяет ДОВ и КД таких молекул. При конформационных изменениях белков происходят резкие изменения ДОВ и КД — эти характеристики обладают высокой конформационной чувствительностью. [c.304]

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]

В. Смещения частот, обусловленные конформационными изменениями в полипептидах и полиамидах [c.121]

Первым из этих белков был открыт тропонин С в клетках скелетных мышц роль его в мышечном сокращении обсуждалась в гл. 11 (разд. 11.1.12). Другой, близко родственный ему кальций-связывающий белок-кальмодулин - обнаружен во всех до сих пор изученных клетках животных и растений. Типичная животная клетка содержит более 10 молекул кальмодулина, что может составлять до 1% всего клеточного белка. Кальмодулин функционирует как многоцелевой внутриклеточный рецептор для Са . участвующий в большинстве процессов, регулируемых этими ионами. Это очень консервативный одиночный полипептид примерно из 150 аминокислот, имеющий четыре высокоаффинных Са -связывающих центра при связывании кальция он претерпевает большие конформационные изменения (рис. 12-29). [c.375]

В настоящей главе детально обсуждается один из примеров конформационных изменений — переход спираль — клубок в полипептидах, который исследован лучше других как в отношении эксперимента, так и теоретически. Изучение этого перехода во многом спо- [c.180]

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]

Применение ДОВ и КД для изучения структуры белков и полипептидов 467 Изучение конформационных изменений методом КД 470 Измерение ДОВ и КД в случае полинуклеотидов, нуклеиновых кислот и нуклеопротеидов 472 Примеры использования методов ДОВ и КД для изучения структуры полинуклеотидов 475 Список литературы 479 Задачи 479 [c.580]

В самых первых работах по методу спинового зонда органические нитроксильные радикалы начали одновременно использоваться как в качестве спиновых меток, так и в качестве спиновых зондов в работе Мак-Коннелла с сотр. [6]— в качестве спиновых меток для изучения конформационных изменений полипептидов, а в работе Бучаченко и сотр. [7] — в качестве спиновых зондов для исследования молекулярной подвижности в органических жидкостях. С этих работ началось массовое использование метода для изучения разнообразных типов конденсированных сред. За последние годы опубликован целый ряд обзоров, посвященных различным применениям метода спинового зонда (см., например, [8-151). [c.6]

Следует отметить, что конформации полипептидов в полиэлек-тролитных со.чевых комплексах обладают высокой термической стабильностью. Так, например, исследование влияния температуры на конформацию поли- -лизипа в комплексе его с полиакриловой кислотой в средней точке конформационного перехода (pH = 3,9) показало, что изменение температуры от 5 до 60° С не вызывает существенных конформационных изменений полипептида Аналогичные эффекты термической стабилизации конформаций наблюдаются и при образовании комплексов ДНК с полипептидами Кривые плавления, т. е. зависимости оптической плотности при 260 нм от температуры, представляют собой для смесей ДНК — полилизин, ДНК — полиорнитин и др. двухступенчатые кривые первое плавление соответствует плавлению (переходу спираль — клубок) свободной ДНК (всех молекул или частей их), второе плавление (при более высоких температурах) — плавлению комплекса. [c.28]

Однако соотношение между ДОВ и конформацией цепи оказывается не столь простым, как можно было бы надеяться. Известно, например, что многие белки, которые по данным рентгеноструктурного анализа обладают спиральной конформацией, тем не менее подчиняются одночленному уравнению Друде. Кроме того, работа Ханлона и Клотца [44] породила серьезные сомнения в том, что изменение ДОВ при замене растворителя целиком обусловлено конформационными изменениями полипептида. Хэнфорд обратил внимание на то, что раскручивание спиральной полипептидной цепи в воде сопровождается переходом боковых групп из гидрофобного окружения, в котором они находились внутри спирали, в полярное окружение растворителя. Именно такого рода эффект дает сама по себе замена растворителя, приводящая к изменению удельного вращения каждой асимметричной группировки [45—47]. [c.441]

Щелочное смещение было исследовано с помощью метода лазерной раман-спектроскопии, который регистрирует изменения молекулярного движения липидов и белков мембран, их межмолекулярные взаимодействия с гидрофобной сердцевиной мембран и особенности структурных конформационных изменений полипептидов в мембранах. При сравнении спектров мембран нормальных и опухолевых клеток в областях Амид 1 и Амид 2 с такими стандартами амидов, как аспарагин, глютамин и поли-Ь-аспарагин, щелочной сдвиг был связан с увеличением амидных остатков боковых цепей аспарагиновой и глютаминовой кислот, что является характерной чертой стимулированных Кон А, а не покоящихся лимфоцитов (Walla h et al., [c.102]

Наличие в молекулах полиэлектролнтов групп различной природы определяет возможность возникновения взаимодействий разных видов (электростатических, гидрофобных, водородных связей) и повышенную по сравнению с нейтральными полимерами склонность цепей полиэлектролитов к конформационным изменениям при изменении pH, температуры раствора, природы растворителя. Об изменении конформации макромолекул можно судить по значению параметра а уравнения Марка — Куна — Хаувинка [т]] = = КМ . Известно, что а зависит от конформации макромолекул в растворе и изменяется от нуля для очень компактных клубков до 2 для палочкообразных частиц. Для многих глобулярных белков а = 0. В растворе сильного полиэлектролита при достаточно высокой ионной силе раствора а = 0,5, т. е. цепь имеет конформацию статистического клубка с уменьшением ионной силы параметр а увеличивается и при ионной силе, близкой к нулю, стремится к а = 2. Для слабого полиэлектролита в заряженной форме, а также для полипептидов в конформации а-спирали а = = 1,5—2. [c.123]

Как известно, все аминокислоты, за исключением глицина, имеют асимметрический атом углерода в а-положении. Все они относятся к /-аминокислотам и обладают одними и теми же заместителями у а-углерода группами —NH2 и —СООН и боковой цепью, характерной для каждой аминокислоты. Долгое время полагали, что оптическое вращение полипептидов и белков является аддитивным свойством и зависит исмючительно от доли, вносимой каждым аминокислотным остатком в отдельности. Однако значительный рост левого вращения белков при денатурации (от —50 до —100°) и при застудневании желатины приводит к выводу, что эти изменения связаны с конформационными изменениями полипептидной цепи. При исследовании эмпирическую величину удельного оптического вращения [а] заменяют на величину эффективного вращения цепи [т [c.362]

Молекула тропонина состоит из трех полипептидных цепей с мол. массами от 18 000 до 37 000 дальтон. Один полипептид (Т) прочно связывает тропонин с тропомиозииом в участке, расположенном приблизительно на одной трети расстояния от С- до N-конца, со стороны С-конца. Второй полипептид (I), входящий в состав тропонина, взаимодействует с актином в отсутствие ионов Са + и работает вместе с остальными двумя полипептидами, удерживая тропомиозин в таком положении, в котором он ингибирует гидролиз АТР. Когда третий полипептид (С-субъединица) присоединяет ионы кальция, то ингибирование прекращается и может начаться сокращение. Однако общая картина функционирования всей этой машины остается непонятной. По данным рентгеноструктурного анализа и электронной микроскопии [93, 94], при связывании кальция с тропонином тропомиозин отклоняется от S1 примерно на 20°, открывая активный центр для взаимодействия миозин — АТР—актин (рис. 4-24). Возможно, тропомиозин катится наподобие ролика вдоль поверхности актина, открывая центры одновременно в семи молекулах актина Если это действительно так, то какого рода мотор используется при этом и что не позволяет ролику упасть с актина Обо всем этом мы может только догадываться. Вполне возможно, что боковые цепи отдельных аминокислотных остатков тропомиозина, выступающие наподобие зубцов на субмикроскопической шестеренке, входят в комплементарные углубления актина. Тогда возникает вопрос почему связывание иона кальция с тропомиозииом приводит к тому, что тропомиозии начинает катиться , как ролик, по актину Мы знаем, что присоединение металлов к белкам может приводить к очень сильным конформационным изменениям (разд. В.8.в). Не исключено, что конформационное изменение С-субъединицы тропонина [c.325]

Все протеолитические ферменты синтезируются в виде неактивных предшественников, называемых зимогенами или проферментами, и таким образом клетки заш ищены от контакта с активной формой фермента и автолиза. Превращение зимогена в активный фермент происходит путем необратимой ковалентной модификации зимогена за счет локалшого протеолиза, т е. разрьша одной или нескольких пептидных связей и отщепления ограниченного числа аминокислотных остатков. Это вызывает конформационные изменения в полипептиде, достаточные для формирования пространственной структуры активного центра фермента. [c.362]

Наружный сегмент, где происходят ключевые события, представляет собой цилиндр, одетый плазматической мембраной и содержащий около тысячи дисков, плотно упакованных в виде стопки. Каждый диск-это замкнутый плоский мещочек, образованный мембраной, в которой находятся светочувствительные молекулы родмкмша плотность упаковки этих молекул составляет примерно 10 на 1 мкм . Молекула родопсина состоит из трансмембранного полипептида опсшга и простетической группы-11-цис-ретиналя, который и поглощает свет. При поглощении фотона 11-1(ис-ретиналь изомеризуется в полностью-шранс-ретиналь, который затем отделяется от опсина в результате опсин изменяет свою конформацию, и это каким-то образом приводит к закрытию натриевых каналов плазматической мембраны. Можно думать, что в цитоплазме наружного сегмента существует второй посредник , связывающий эти два пространственно разобщенных события. Хотя природа второго посредника достоверно не установлена, есть данные в пользу того, что эту функцию выполняют ионы Са . Очевидно, свет вызывает высвобождение их из дисков в цитоплазму, и повыщение цитоплазматического уровня Са ведет к закрытию натриевых каналов. В то же время конформационные изменения родопсина инициируют каскад ферментативных реакций, приводящих к снижению концентрации циклического GMP в цитоплазме в результате повыщения активности фермента фосфодиэстеразы, разрушающего циклический GMP. Какую роль играет изменение уровня циклического GMP, пока не ясно. [c.124]

Замена растворителя может влиять и на стерические свойства некоторых лигандов. Так, например, в случае макромолекул полипептидов (с точки зрения координационной химии они являются поли-функциональными лигандами) перемена растворителя может вызвать существенные изменения в конформации молекул, влияя на их поведение как лигандов. Кортикотропин, например, не обнаруживает высокой упорядоченности в водных растворах [50], однако в трифтор-этаноле этот полипептид принимает структуру а-спирали [25]. В смесях растворителей типа вода — трифторэтанол степень упорядоченности пропорциональна соотношению растворителей в смеси все это отражается на равновесных константах протонирования для пептидов [15, 47]. Естественно, что конформационные изменения оказьшают влияние на координацию кортикотропина с металлом. [c.185]

Удельное и, следовательно, молярное вращение зависят от длины волны света. Это явление называется дисперсией оптического вращения. Его изучение позволило обнаружить конформащюнные изменения белков в процессе их денатурации. В последние годы для изучения конформационных изменений в белках, синтетических полипептидах и нуклеиновых кислотах применяют метод оптического кругового дихроизма. Этот метод основан на различии коэффициентов поглощения левого и правого циркулярно-поляризованного света в зависимости от длины волны. [c.205]

Предположение П1. Кассим и Тэйлор [49] показали, что значения Ьд для поли-7-бензил-ос-1.-глутамата линейно зависят от показателя преломления растворителя. Они полагали, что объяснение следует искать в наведенных растворителем частотных сдвигах переходов пептидной связи, а не в конформационных изменениях. Так как рассмотренный в разд. 14-4 метод совмещения рассчитанных кривых с экспериментальными позволяет оценить положения (частоты) дающих вклад во вращение эффектов Коттона, с его помощью можно проверить эту гипотезу. К сожалению, почти все использованные Кассимом и Тэйлором растворители непрозрачны в далекой ультрафиолетовой области. Однако некоторые системы полипептид — растворитель в настоящее время исследуются с целью проверки этой гипотезы. [c.275]

Существует предположение, что установление правильного контакта между кодоном и антикодоном может служить сигналом для возникновения конформационных изменений на другом конце тРНК. Это, вероятно, требуется для соответствующего ориентирования аминокислоты, необходимого для акцептирования полипептида, донором которого служит пептидил-тРНК. [c.115]

Ацетилхолиновый рецептор представляет собой гликопротеин, состоящий из пяти траисмембрапных полипептидов. Два из них принадлежат к одном) гииу. а гри остальных - к другому. Они кодируются четырьмя различными генами. Поскольку четыре этих гена обнаруживают тесную гомологию, предполагают, что все они произошли от одного гена-предщественника. Два идентичных полипептида в пентамере имеют участки связывания ацетилхолина. При связывании двух молекул трансмиттера с пентамерным комплексом происходит индуцированное конформационное изменение, приводящее к открыванию канала. Канал открывается примерно на 1 миллисекунду, а затем опять закрывается. Но-видимому, как и для потенциал-зависимого Ка "-канала, открытая форма является короткоживущей и быстро переходит в закрытое состояние с меньщей свободной энергией (рис. 6-63). После [c.403]

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]

Рибосомный синтез белка заключается в росте полипептидной цепи путем последовательного присоединения очередной аминокислоты к карбоксильной группе предшествующего остатка. Отдельный цикл элонгации включает три этапа связывание аминоацил-тРНК, образование пептидной связи и транслокацию рибосомы — перемещение ее вдоль молекулы мРНК в направлении 5 3 от одного кодона к другому. И так до встречи с одним из трех стоп-кодонов. Рост белковой цепи заканчивается присоединением к стоп-кодону фактора освобождения, останавливающего трансляцию и вызывающего отделение завершенного полипептида от рибосомы. До этого растущий С-конец последовательности все время остается ковалентно фиксированным в пептидилтрансферазном центре, а N-конец — свободным. При отсутствии каких-либо регуляторных воздействий на биосинтез белка скорость считывания мРНК может достигать у прокариот около 50 нуклеотидов в секунду, а эукариот — около 30 [152], Следовательно, элонгация белковой цепи небольших размеров продолжается не менее 10—30 с. За это время совершается множество конформационных изменений растущего пептида, поскольку единичное изменение — поворот атомной группы вокруг одинарной связи, занимает всего 10 — 10 с. [c.406]

Резюмируем сказанное в этой главе. Биологические катализаторы по своему происхождению и способу эволюционного соверщенствования с необходимостью должны быть полипептидами, белками. Их каталитические свойства определяются строго специфическим соединением как с исходным субстратом, так и с промежуточными продуктами его превращения. Это достигается в большинстве случаев посредством закономерных обратимых конформационных изменений макромолекул ферментов. Работающие молекулы ферментов, возможно, образуют многомолекулярные ансамбли с синхронными конформационньши движениями всех его членов. Следствием таких движений может быть активное перемешивание реакционной смеси, эквивалентное существенному ускорению диффузии. Эти ансамбли могут в ходе дальнейшей эволюции явиться началом формирования специализированных аппаратов активного перемещения в пространстве. Анизотропная теплопроводность может быть причиной как повышенной теплоустойчивости, так и повышенной устойчивости к цротеолизу нативных молекул белка. [c.76]

Лучше всего охарактеризован кальций-связывающий белок, который был открыт первым,-тропонин С из клеток скелетной мускулатуры роль его в мьппечном сокращении обсуждалась в главе 10 (разд. 10.1.13). Родственный кальций-связывающий белок кальмодулин был обнаружен во всех до сих пор изученных клетках животных и растений. Этот эволюционно консервативный белок оказался вездесущим внутриклеточным рецептором ионов Са , он участвует в большинстве известных регулируемых кальцием процессов в эукариотических клетках. Кальмодулин-это полипептид из 148 аминокислот, сходный по их последовательности с тропонином С, который поэтому можно рассматривать как специализированную форму кальмодулина. Подобно тропонину С, кальмодулин имеет четыре центра с высоким сродством к Сг и при связывании с этим ионом претерпевает значительное конформационное изменение. [c.276]

В обоих случаях движущей силой являются изменение состояния конформационно-лабильных полипептидов олигомерного комплекса и перестройка межбелковых взаимодействий. Поэтому ясно, что эти АТФазы представляют собой системы, чувствительные к фазовому состоянию липидов и к гидрофобным модификаторам. [c.117]

После этого мы перейдем к рассмотрению конформационного поведения биологических полимеров. В частности, гл. 18 посвящена конформационной статистике полимеров, основное внимание при этом уделяется статистике полипептидных цепей при использовании различных конформационных моделей последних. В гл. 19 в общих чертах показано, как на основе юучения гидродинамических свойств двухиепочечной ДНК в растворе мы приходим к выводу о том, что она представляет собой червеобразную цепь, свернутую в клубок. В гл. 20 и 21 мы рассмотрим конформационные изменения в белках и полипептидах, в том числе хорошо изученный переход спираль — клубок в полипептидах (гл. 20) и вопрос об обратимом свертывании белковых цепей (гл. 21). [c.5]

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]

РИС. 20.1. Конформационные изменения в полипептидах. Спектры ДОВ в ультрафиолетовой области случайных сополимеров ги-дроксипропил-Ь-глутамина и L-аланина при 5°С (кривые А, Б, В) н при 7б°С (кривые А, Б, В ). Три кривые при каждой температуре соответствуют сополимерам с разной длиной цепи. (степень полимеризации 422, 536 н 1102) и составом (14, 30 и 49% аланина). (Platzer К. Е. В. et al., Ma romole ules, 5, 177, 1972.) [c.180]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология