Кооперативный процесс переход спираль—клубок

Возникает естественный вопрос каковы физические причины кооперативности перехода спираль — клубок Другими словами — почему с таким трудом образуется зародыш спирали и почему процесс легко идет после того, как зародыш образовался Для того чтобы ответить на этот вопрос, необходимо более детально рассмотреть структуру а-спирали и стабилизирующие ее силы. [c.185]

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]

Другой тип кооперативности в молекуле белка обнаруживается при обратимом конформационном переходе между а-спиралью и беспорядочным клубком. Если создать условия, при которых более устойчивой является спиральная конформация, то все молекулы, которые находятся в состоянии беспорядочного клубка, быстро примут форму спирали. Аналогичным образом в условиях, при которых более устойчивой конформацией является беспорядочный клубок, все спирали расплетутся и произойдет полное их превращение в клубки. Плавление ДНК (гл. 2, разд. 10), как и любого кристалла, происходит кооперативно [21]. Формирование новой полинуклеотидной цепи на комплементарной матрице, приводящее к возникновению стэкинг-взаимодействий, также может быть кооперативным процессом. Так, например, формирование цепи полиадениловой кислоты на двух цепях полиуридиловой кислоты приводит к кооперативному образованию комплекса, представляющего собой тройную спираль (гл. 2, разд. Г.6). Наличие стэкинг-взаимодействия делает рост спирали энергетически более выгодным, чем инициацию новых спиральных участков [22]. Проблеме кооперативности посвящена обширная литература, в частности работы [23—25]. [c.263]

С помошью уравнения (20.32) можно найти р (Аг), распределение спиральных участков по длинам в процессе перехода спираль — клубок. На рис. 20.10 показаны примеры таких расчетов для цепн, состоящей из 16 остатков. Гнстограммы приведены для случаев, когда ку = 14,7 12,0 5,7 и 1,1 (илн в = 0,92 0,75 0,36 0,07 соответственно). В этих расчетах использовалось значение о = 1,5 10 . Из рисунка видно, что образуются только весьма длинные спиральные последовательности. Так, даже прн в = 0,36 наибольшее значение р (А ), отличное отр (к) при к = О, достигается вблизи к = 12. Форма этих распределений определяется параметром а. При малых а (что означает более высокий барьер нуклеации) увеличивается неоднородность распределения, и образование протяженных полностью спиральных или клубкообразных участков становится еще более выгодным, чем формирование коротких спиральных последовательностей. Объясняется это тем, что, чем меньше а, тем большей длины должна быть спиральная последовательность, чтобы компенсировать невыгодность нуклеации. Поэтому (для я > 1), чем меньше а, тем большим должно быть к в произведении ал, чтобы получить достаточно большое значение р(к) [см. уравнение (20.32)]. Таким образом, параметр а регулирует кооперативность перехода (дальнейшее обсуждение этого вопроса можно найти в последующих разделах). [c.196]

Подобно белкам, нуклеиновые кислоты могут денатурировать. Этот процесс состоит в расхождении цепей двойной спирали ДНК и двухспиральных участков молекулы РНК (в частности, тРНК рис. 2-24). Денатурацию можно вызвать добавлением кислоты, щелочи, спиртов или удалением стабилизирующих структуру молекулы противоионов, например Mg +. В результате денатурации каждая из цепей молекулы приобретает форму беспорядочно свернутого клубка, поэтому данный процесс называют переходом спираль—клубок. Тепловая денатурация нуклеиновых кислот, как и белков, носит кооперативный характер (гл. 4, разд. В.7) и происходит в довольно узком интервале температур характерным параметром процесса является температура плавления. [c.142]

Свертывание кооперативно. Как и переходы спираль— клубок (см. приложение), свертывание и развертывание белковой цепи — кооперативный процесс. Конкретизируем это общее положение для BPTI. Все промежуточные формы в этом случае нестабильны положение конформационного равновесия смещается от развернутого восстановленного белка до нативного состояния с тремя связями S—S. Как видно из рис. 8.2, молекулярная заселенность существен- [c.188]

Валсным вопросом, возникающим в связи с процессом денатурации ДНК, является вопрос о причинах кооперативности перехода в денатурированное состояние. Эта проблема решается в рамках современных теорий перехода спираль — клубок для ДНК, рассматривающих данный процесс с точки зрения статистической физики 2)5-222,. 977-380 Причиной коопврагивностп плавления в ДНК являются межплоскостные взаимодействия пар оснований. Если е есть изменение свободной энергии при межплоскостной [c.280]

Переход спираль — клубок можно вызвать и повышением температуры, поскольку возникновение водородных связей является экзотермическим процессом. Такой переход для ноли-у-бензоилглютамата изображен на рис. 24. И здесь он носит очень острый характер для высокомолекулярного полипептида (кривая 1) н достигает завершения в интервале порядка 5 Так как образование водородных связей сопровождается незначительными тепловыми изменениями (1,4 ккал1моль), то не должно быть резкого перехода спираль — клубок, и для каждой температуры должно существовать некоторое равновесное отношение спирализованных и неспирализованных звеньев цепи, плавно меняющееся с изменением температуры. Причина резкости перехода спираль — клубок заключается в его кооперативности — в одновременном переходе многих частиц (звеньев цепи белка в данном случае) из упорядоченного состояния в неупорядоченное. В свою очередь эта одновременность перехода многих звеньев полипептидной цепи в не- [c.113]

Изменение оптического вращения и характеристической вязкости происходит настолько резко, что переход спираль — клубрк относят к разряду кооперативных процессов, крайним случаем которых является процесс, проходящий по принципу все или ничего . Отличительной чертой кооперативных процессов является то, что молекулы предпочитают находиться в полностью спиральном состоянии либо в состоянии статистического клубка и избегают промежуточных состояний. Проводя грубую аналогию с резкими изменениями физических свойств твердого тела при переходе его из одного состояния в другое (например, при плавлении), можно применить к исследуемому переходу термин фазовый переход . Правда, плавление твердого тела — это скачкообразный процесс, тогда как переход спираль — клубок все-таки осуществляется постепенно. [c.184]

Это уравнение описывает некооперативиый переход, при котором каждый остаток ведет себя независимо от других. На рис. 20. И представлен также и зтот случай. При с > 1 цепь ведет себя антикооперативиым образом. В этом случае зависимость б от 1п л с ростом 1п л становится все менее крутой. Переход спираль — клубок — это кооперативный процесс антикооперативные системы рассмотрены в гл. 17. [c.200]