Белки ориентация водородных связей

Использование поляризованного ИК-света для определения ориентации водородных связей в вытянутых пленках белков и полипептидов путем установления ориентации С=0- и ЫН-групп. Возможность таких измерений обусловлена тем, что эти группы поглощают сильнее всего тогда, когда они параллельны вектору Е. Это можно использовать для обнаружения а-спирали, учитывая, что теоретическое отношение величины поглощения для случаев, когда вектор Е параллелен и перпендикулярен оси белка ( дихроичное отношение ), составляет 44 при 3300 см (валентное колебание NH—). Если измеряемое отношение близко к этой величине, велика вероятность а-спиральной структуры. Само теоретическое значение достигается редко, так как ориентация полипептидных цепей в пленке не может быть совершенной. Из измеряемых дихроичных отношений при 3300 и 1660 см (валентное колебание С = 0) можно, кроме того, рассчитать величину максимального угла, который эти группы образуют с осью молекулы. Информация такого типа представляет собой большую ценность при интерпретации рентгенограмм. [c.411]

Фуппы (-СОО -NHз и др.), а гидратация полярных заместителей - ориентацией молекул воды в результате образования водородных связей. Молекулы гидратно-связанной белком воды можно представить в виде монослоя вокруг ионизированных И полярных групп полипептида, в то время как гидрофобные ра- [c.359]

Общим для большинства ферментативных систем является то, что субстрат связывается с активным центром двумя или большим числом точек. В качестве примера можно указать на сорбцию молекулы синтетического субстрата на активном центре папаина (стр. 19). Углеводородный фрагмент сорбируемой молекулы связывается с белком за счет гидрофобных взаимодействий. Дополнительную ориентацию ей придают 3 водородные связи (пунктир) с аминокислотными остатками белка 01у-66 и Азр-158. [c.23]

Характерной особенностью межмолекулярных водородных связей является их направленность три атома Л, Н и 5, участвующие в образовании водородной связи, расположены на одной прямой. При этом расстояние Л — Н...В для различных веществ составляет 2,5— —2,8 А. Посредством водородных связей молекулы объединяются в димеры и полимеры. Такая ассоциация молекул приводит к повышению температуры плавления и кипения, увеличению теплоты парообразования, изменению растворяющей способности. Водородные связи обусловливают аномально высокую диэлектрическую проницаемость воды и спиртов по сравнению с диэлектрическими свойствами других жидкостей, молекулы которых имеют дипольные моменты того же порядка взаимную ориентацию молекул в жидкостях и кристаллах параллельное расположение полипептидных цепочек в структуре белка поперечные связи в полимерах и в двойной спирали молекулы ДНК. Благодаря своей незначительной прочности водородная связь играет большую роль во многих биологических процессах. Характерно, что молекулы, соединенные водородными связями, сохраняют свою индивидуальность в твердых телах, жидкостях и газах. В то же время они могут вращаться, переходить таким путем на одного устойчивого положения в другое. Кроме водорода промежуточным атомом, соединяющим два различных атома, может служить дейтерий, который, как водород, расположен на линии А П...В. При такой замене водорода на дейтерий энергия связи возрастает до нескольких десятков джоулей на 1 моль. [c.133]

Предложены модели, в соответствии с которыми узнавание осуществляется с помощью а-спиральных участков белка. Предполагается, что боковые радикалы аминокислотных остатков образуют специфические водородные связи с основаниями в широкой бороздке ДНК. Определение трехмерной структуры четырех регуляторных белков (С1- и СКО-репрессоров Х-фага, САР-белка, репрессора триптофанового оперона) показало, что ДНК-связывающие домены этих белков имеют характерный двухспиральный мотив. Предложены модели ДНК-белковых комплексов, согласно которым одна из а-спиралей (аз) находится в широкой бороздке и взаимодействует с основаниями ДНК, в то время как вторая (аг) взаимодействует с сахарофосфатным остовом ДНК и обеспечивает правильную ориентацию спирали а, в комплексе. Предполагаемые геометрии для четырех специфических ДНК-белковых комплексов не являются полностью одинаковыми положение спирали а, в широкой [c.292]

Если полимер обладает структурой с чередующимися полярными и неполярными участками с резко различающимися по энергии межмолекулярными связями, то неполярная жидкость, выключая взаимодействие по участкам, связанным относительно слабым дисперсионным взаимодействием, в меньшей мере способствует разрушению структуры при измельчении, но ориентирует его именно по линии этого ослабления. Однако в этом случае, поскольку структура скреплена оставшимися более мощными, чем выключенные, дипольными и водородными связями, эффект ослабляющего действия и его направленность выражены весьма слабо. Наоборот, если жидкость способна в таком полимере ослаблять или выключать взаимодействие по полярным участкам, в том числе и водородным связям, то измельчение существенно облегчается и имеет ярко выраженную ориентацию по линии ослабленных связей. Например, в природных целлюлозных или белковых волокнах межмолекулярное взаимодействие и взаимодействие между элементами структур высшего порядка (фибриллы) в поперечном направлении осуществляются преимущественно водородными связями и в несравненно меньшей степени дипольными, дисперсионными и редкими химическими связями. В белках, кроме того, ощутимую роль в скреплении структур играют поперечные солевые ионные связи. [c.192]

На рис. XIV. 11 показано взаимное расположение расщепляемой группы субстрата и боковых цепей сер-195, гис-57. Атом остатка сер-195 находится на расстоянии 0,28 нм против карбонильного углерода С, а протон ОН-группы, не нарушая водородной связи с атомом гис-57, располагается на расстоянии 0,2 нм над атомом азота расщепляемой группы. Таким образом, продуктивная конформация включает все необходимые функциональные группы, собранные в едином строго ориентированном ансамбле. Электронный характер их взаимодействия будет освещен в следующем параграфе, здесь необходимо отметить, что из всех возможных способов невалентного связывания субстрата в активном центре указанная взаимная ориентация расщепляемой связи и каталитически активных групп белка возникает лишь в одном случае. Именно тогда и только тогда происходит каталитический акт. [c.431]

Такая специфичность при взаимодействии достигается комплементарностью профилей контактирующих субъединиц, включая противоположные заряды полярных групп. Примером комплементарности зарядов может служить существование двух групп аминокислот — аспарагиновых в цитохром-с-пероксидазе и лизинов в цитохроме с, которые способствовали правильной ориентации этих двух белков при образовании комплекса между ними, что было обнаружено с помощью моделирования на дисплее [108]. Важную роль в ориентации субъединиц играют полярные группы, образующие водородные связи, в процессе формирования четвертичной структуры гемоглобина [105]. Необходимо отметить, что при образовании контактов между субъединицами определенную роль играют так- [c.37]

К сожалению, вопрос о существовании систем водородных связей в структуре биомембран никак не связан с организацией липидов и белков в мембранах. Во всяком случае, исходя из существующих представлений об ориентации фосфолипидов в мембранах [118], это никак не следует. В качестве возможного пути для протонов предлагают полярные группы молекул фосфолипидов на поверхности мембраны [109]. Однако особенность структуры систем водородных связей, как будет показа- [c.42]

Специфическая сольватация переходного состояния — роль полипептидного остова. Рентгеноструктурный анализ позволил установить очень интересную особенность сериновых протеаз ЫН-группы белка служат сольватной оболочкой для переходного состояния реакции. Это приводит к фундаментальному различию между простыми химическими реакциями в растворе и реакциями, катализируемыми ферментами. Единственный тип ориентации, который необходимо рассматривать для реакций в растворе,— это взаимная ориентация реагентов, поскольку растворитель создает сольватную оболочку вокруг любого образующегося заряда. Для ферментативной же реакции характерны определенные стереохимические отношения между реагирующими группами и группами, создающими сольватную оболочку и являющимися частью этой же молекулы фермента (рис. 10.11). Очень важную роль при деформации и, следовательно, в обеспечении специфичности играют водородные связи, поскольку их энергия сильно зависит от расстояния (гл. 9). Особая роль в этих процессах принадлежит полипептидному [c.321]

Если на одной поверхности имеется выступ, то на другой в соответствующем месте — углубление, в которое при контакте входит выступ соответственно, при контакте оказываются совпадающими разноименно заряженные ионные группы или группы, способные образовать водородные связи, или гидрофобные участки поверхностей. Такого рода поверхности называют комплементарными они подходят друг к другу, как ключ к замку Каждый протомер взаимодействует с другим в десятках точек это означает, что ошибочное соединение (неправильная ориентация в олигомере или соединение с другими белками) практически невозможно. [c.40]

Как показано в табл. 3.4, диполи имеют минимальную энергию (самая прочная связь), если они ориентированы вдоль прямой. Однако нарушение этой ориентации приводит к значительно меньшему снижению энергии, чем такое же по величине отклонение от линейности водородной связи [58]. Поэтому нарушение линейной ориентации диполей довольно обычно в белках, где водородные связи подчинены разнообразным геометрическим ограничениям. Для льда также характерно нелинейное расположение диполей (рис. 3.2), а в некоторых случаях, как, например, для связи между амидной и гидроксидной группами, линейная ориентация стерически невозможна (табл. 3.7). [c.48]

I — расположение пептидных групп II — ориентация водородных связей во вторичний TpyKiype белков III — третичная структура Субъединицы гемоглобина IV — схематическое изображение четвертичной структуры гемоглобина. [c.67]

K. отличаются от а-К. отсутствием поперечных дисульфидных связей между соседними полипептидными цепями. Последние обычно имеют антипараллельную ориентацию (см. Белки), к-рая стабилизируется водородными связями и гидрофобными взаимодействиями. Группы R аминокислотных остатков имеют сравнительно небольшие размеры. -K. не раств. в воде, устойчивы к действию орг. р-рителей, разб. к-т и щелочей их волокна более гибки, чем у а-К., но в отличие от последних не эластичны. [c.372]

Как полагают Меклер и Идлис, "обязательный компонент любой А-А-связи - водородная связь, образующаяся между полярной группой боковой цепи одного аминокислотного остатка и карбонилом остова полипептидной цепи - компонентом аминокислотного остатка-партнсра" [352. С. 43]. Вокруг таких водородных связей имеются гидрофобные рубашки, "защищающие их от атаки молекулами растворителя, в первую очередь, воды. Таким образом Природа обеспечивает образование особых, ранее неизвестных, специфических связей между аминокислотами - Л-Л-связей" [352. С. 44]. Из описанной структурной модели A-A-комплекса, однотипной для всех 26 пар аминокислотных остатков, не ясно, почему водородная связь является "обязательным компонентом любой A-A-связи". Это исключено по целому ряду причин. Во-первых, стабилизирующая энергия водородной связи, даже если она экранирована от контактов с водой, во много раз уступает суммарной энергии других видов невалентных взаимодействий, прежде всего, дисперсионной энергии. Во-вторых, точечное взаимодействие двух атомов этого "обязательного компонента" не может обеспечить стереокомплементарность остатков А и A. Напротив, как хорошо известно [353], взаимное расположение групп С = 0 и Н-О (H-N) определяется не столько самой водородной связью, сколько потенциальной энергетической поверхностью окружающих ее атомных групп. Она реализуется только в том случае, если удовлетворяет требованиям других видов невалентных взаимодействий, среди которых наибольшие ограничения накладывают ван-дер-ваальсовы взаимодействия. В-третьих, сближенность акцептора и донора протона требует определенной ориентации друг относительно друга основной цепи одного остатка и боковой цепи другого, что должно лишать конформационной свободы оба аминокислотных остатка и вести к реализации у всех пар A-A-связей данного типа одинаковых конформационных состояний. Такая унификация пространственного строения A-A-комплексов, как отмечалось, противоречит эксперименту. И наконец, в-четвертых, с предложенной моделью A-A-связи не согласуется четко проявляющаяся в трехмерных структурах белков тенденция боковых цепей заряженных остатков (Arg, Lys, Glu, Asp), находящихся на поверхности глобулы, принимать полностью развернутые конформации и ориентироваться в [c.536]

Организованная определённым образом во вторичную структуру молекула белка затем укладывается в компактную, плотную структуру, назьшаемую третичной структурой белка. В её образовании участвуют как регулярные (спирализованные или р-складчатые), так и аморфные участки полипептидной цепи. В некоторой степени третичная структура белков отражена в системе классификации белков, основанной на их растворимости в водных средах и являющейся более ранней по сравнению с уже уттоминавшейся системой деления белков по продуктам их гидролиза (см. с. 66). В этом варианте классификации различают глобулярные белки, растворимые в воде и водных растворах кислот, оснований и солей, и фибриллярные белки, нерастворимые в этих растворителях. Третичная структура фибриллярных белков характеризуется нитевидностью (лат. fibrilla - волоконце), длина молекул этих белков в сотни раз больше их диаметра, что обусловлено параллельной (или анти-параллельной) ориентацией их цепей. Цепи фибриллярных белков группируются друг около друга в виде протяжённых пучков и отличаются очень большим числом межцепочечных водородных связей. Такие молекулы нерастворимы в воде, так как растворение требует высоких энергетических затрат на разрьш водородных связей, и очень прочны, поэтому они являются основным строительным материалом живых тканей (например кератины, коллаген, эластин, миозин, фиброин и пр.). [c.70]

Трудно переоценить роль водородной связи. Об этом свидетельствуют такие данные, как аномально высокие диэлектрические постоянные СН3ОН, Н2О и H N по сравнению с диэлектрическими постоянными других жидкостей, молекулы которых имеют дипольные моменты того же порядка величины, что и первые ассоциация в жидкостях взаимная ориентация молекул во многих органических кристаллах, таких, как пурин и пиримидин (см., например, [34]) процесс прилипания обычной грязи к коже человека упорядоченное расположение поли-пептидных цепей в структуре белка [3] типа изображенной на рис. 13.5 поперечные связи в двойной спирали нуклеиновой кислоты и их значение для образования структуры генов, а также тот факт, что почти во всех биологических процессах на некоторой стадии возникают, по-видимому, водородные связи. [c.376]

Одна из характерных особенностей водородных связей состоит в том, что они обладают наибольшей прочностью в тех случаях, когда взаимная ориентация связанных между собой молекул обеспечивает максимальную энергию электроста-тичккого взаимодействия (рис. 4-5). Другими словами, водородная связь характеризуется определенной направленностью и вследствие этого способна удерживать обе связанные с ее помощью молекулы или группы в определенной взаимной ориентации. Ниже мы увидим, что именно это свойство водородных связей способствует стабилизации строго определенных пространственных структур, характерных для молекул белков и нуклеиновых кислот, содержащих больщое число внутримолекулярных водородных связей (гл. 7, 8 и 27). [c.82]

Возможно, что контакты групп —СН2СН2СООН с поверхностными остатками в молекуле миоглобина кашалота обеспечивают значительно более жесткое закрепление одновременно как с проксимальной, так и с дистальной сторон гемовой группы, препятствующее изменению ориентации порфирина. В частности, по этой причине возможно ограничение движения порфирина при изменении состояния окисления и лигандного окружения в миоглобине кашалота. Аналогично объясняется несколько большая вращательная степень свободы порфиринового кольца при соответствующих изменениях спинового состояния в миоглобине тюленя (рис. 11). В этом белке остаток аргинина-45 замещен лизином [149]. При этом укорачивается боковая цепь аминокислоты, предоставляющей аминогруппу для образования водородной связи, и, следовательно, можно ожидать уменьшения прочности связи пропионовой карбоксильной группы с лизином по сравнению со связью с остатком аргинина. [c.62]

Водородные связи пропионовых групп с поверхностными остатками дают только качественное структурное обоснование механизма регуляции ориентации порфирина. Кроме того, в обоих белках имеются многочисленные ароматические остатки в окружении гема [11, 99], которые могут вовлекаться во взаимодействие с порфирииовым кольцом через тс-электронные системы. Эти взаимодействия трудно охарактеризовать количественно и использовать для сравнения. Однако водородные связи пропионовых остатков могут оказаться существенными в других гемопротеинах. Вероятно, в цитохром с-пероксидазе дрожжей по крайней мере одна из групп —СН2СН2СООН спрятана внутри гидрофобной области белка [150], тогда как в цитохроме с обе пропионовые группы образуют водородные связи с остатками внутри гидрофобной области белка [19, 20]. Эти различные структурные соотношения между белком и группами —СН2СН2СООН могут обеспечить различные типы взаимодействия белок — порфирин при регуляции изменений конфигурации порфирина. [c.62]

В регуляции скорости важную роль могут играть аминокислотные остатки, окружающие координационный центр. Белок может ускорить реакцию путем связывания субстрата вблизи металла в предравновесном состоянии, что приведет к увеличению времени контакта, или путем более благоприятной ориентации субстрата по отношению к металлу. В этом отчасти состоит механизм, удерживающий ион НОг вблизи активного центра (см. выше), который способствует ускорению реакций Ре -каталазы и Ре -пероксидазы с перекисью водорода (разд. 8.6). Порфириновый лиганд также может играть определенную роль в связывании гидрофобных субстратов. Связывание субстратов белком и лигандами, вероятно, должно быть довольно слабым и происходить в зависимости от природы субстрата при участии водородных связей, электростатических или вандерваальсовых взаимодействий. Очевидное условие протекания реакций, в которых участвуют несколько активных центров, состоит в том, чтобы эти центры находились вблизи друг друга. Так, по всей вероятности, осуществляется фиксация азота, для которой требуется один активный центр (по-видимому. [c.242]

Фиттс и Кирквуд [129] первыми попытались теоретически проанализировать эту проблему. Они рассматривали а-спираль скелета (только) как однородную и регулярную спираль поляризуемости. Эти авторы сделали вывод, что положительный вклад спирали в длинноволновой области спектра свидетельствует о правой ориентации. Модель Фиттса и Кирквуда не позволяла предсказать значительный отрицательный эффект Коттона при 225 ммк, что, вероятно, связано с тем, что левые спирали, образованные водородными связями, не рассматривались. Проводя более детальный анализ, Моффит [112, 130, 131] предположил, что полоса поглощения амидной группы может расщепляться (за счет взаимодействия переходов в разных амидных группах молекулы белка) и давать два перехода нри несколько различающихся длинах волн. Один из них поляризован вдоль оси спирали, причем квазисимметричное взаимодействие (с током, который этот переход индуцирует в спирали) будет стремиться усилить его, что приведет к понижению частоты. При данной ориентации момента перехода в амидной группе (рис. 48) [132] результирующий эффект, возможно, как показывает рис. 43, б, будет левовращающим (рис. 49). Другой переход, при более высоких частотах, будет поляризован перпендикулярно оси (вдоль радиуса) и даст правое вращение (рис. 50). Такое рассмотрение явилось шагом вперед, поскольку показало, что спираль может давать как положительный, так и отрицательный вклад, что соответствующие эффекты Коттона будут близки и что [c.262]

Конформация полипептида в растворе частично определяется прямым взаимодействием пептидных групп друг с другом. То обстоятельство, что синтетические по-липептидй имеют высокорегулярную, кристаллическую структуру, тогда как многие другие- полимеры аморфны, т. е. обладают структурой беспорядочного клубка, в принципе свидетельствует о наличии некой естественной конформации для полипептидов. Результаты тщательной оценки длины связей и валентных углов, основанной на размерах, установленных для планарных пептидных связей в кристаллах небольших пептидов, существенно ограничили число возможных моделей конформации полипептидов. Дальнейшие ограничения в выборе возможной конформации были связаны с тем, что, согласно исходным предположениям, каждая карбонильная и каждая амидная группа пептида участвует в образовании водородной связи и что конформация полипептида должна соответствовать минимальной энергии вращения вокруг одинарной связи. Этим требованиям для пептидов, в которых имеются внутримолекулярные связи, отвечала правая спираль, содержащая 3,6 аминокислотных остатка на один виток (так называемая а-спираль) [1].. Существование спиральных структур предсказанных размеров в синтетических полипептидах было подтверждено с помощью самых различных физических методов, в том числе и методом рентгеноструктурного анализа. Такая а-спираль, в которой каждая пептидная группа соединена водородной связью с третьей от нее пептидной группой, считается наиболее вероятной моделью отдельных участков остова молекулы глобулярных белков, к которым относятся и ферменты. Нужно подчеркнуть, однако, что конформация глобулярного белка в целом отличается от простой регулярной а-спиральной структуры из-за наличия, в белке дисульфидных связей и остатков пролина, которые нарушают спиральное строение и изменяют ориентацию цепи, а также из-за взаимодействия боковых цепей, ответственного за третичную структуру. Действительно, рентгеноструктурный анализ с высоким разре- [c.25]

Высокие значения диэлектрического инкремента белков становятся понятными тогда, когда учитывается связывание молекул воды белками, а также наличие так называемых индуцированных диполей. Известно, например, что диэлектрический инкремент растворов фибриллярных белков, находящихся в покоящемся и ориентированном состоянии, один и тот же. С другой стороны, при помещении сухого препарата в атмосферу водяного пара с возрастающей упругостью диэлектрическая постоянная его возрастает с увеличением количества связанной воды. Сопоставление этих данных, говорит о том, что увеличение диэлектрической постоянной воды при добавлении белка, по-видимому, обусловлено и правильной ориентацией связанных молекул воды. Вместе с тем известно, что для большинства молекул, построенных из двух различного вида атомов, центры тяжести положительных и отрицательных зарядов не совпадают. Этот эффект, который уже обсуждался при образовании водородных связей (см. гл. V), возникает вследствие частично ионного характера большинства ковалентных связей. Частично ионный характер этих связей становится понятным, если учесть, что электроотрицательные атомы (О, Ы) способны оттягивать электронное облако от атома не только водорода, но и углерода. В результате между связанными атомами происходит неравномерное распределение заряда, которое может увеличиться в электрическом поле за счет еще большего смещения электронов в направлении внешнего положительного полюса. Такая связанная пара атомовг становится индуцированным диполем, величина момента которого зависит от абсолютной величины зарядов и расстояния между атомами. Эти моменты индуцированных диполей включаются в общий дипольный момент белковой молекулы и увелич ивают его. Таким образом, суммарный дипольный момент молекулы белка включает в себя не только постоянный дипольный момент, но и моменты индуцированных диполей, равно как и моменты связанных и ориентированных молекул воды. [c.173]

Белки, р-складчатая структура — такое пространственное расположение аминокислотной последовательности (один из вариантов вторичной структуры белка), при котором образуется система параллельно и антипараллельно расположенных фрагментов одной или н кольких полипептидных цепей. Система стабилизируется водородными связями между цепями. Водородные связи расположены перпендикулярно по отношению к ориентации полипептидных цепей. Складки появляются за счет того, что плоскости двух соседних пептидных групп (пептидных связей) образуют некото- [c.16]

Переходы от упорядоченных к беспорядочным конформациям цепных молекул имеют большое значение, поскольку они касаются условий, которые должны поддерживаться для сохранения белков и нуклеиновых кислот в форме, необходимой для осуществления их биологических функций. В то же время явление г рехода спираль — клубок может рассматриваться как одномерный аналог процессов плавления и кристаллизации и поэтому представляет особый теоретический интерес. Рассмотрим сначала переходы в таких изолированных цепях, которые типичны для полипептидов, не учитывая образования мультиплетных спиралей, характерных для нуклеиновых кислот и их аналогов. Ранее было установлено, что характер связи С — N, частично напоминающей двойную, исключает вращение вокруг нее, и поэтому мономерный остаток ведет себя как жесткое звено. Следовательно, для описания относительной ориентации триплета аминокислотных остатков необходимо установить лишь два внутренних угла вращения ф. Когда беспорядочный клубок переходит в идеально унорядоченную конформацию, свобода выбора значений ф утрачивается. В результате этого для цепи, состоящей из Z аминокислотных остатков, переходу в идеальную спираль будет противодействовать прирост свободной энергии, пропорциональный Z — 2. С другой стороны, образованию спирали будут благоприятствовать различного типа взаимодействия между ближайшими соседями. К таким взаимодействиям относятся образование внутримолекулярных водородных связей, гидрофобное взаимодействие и эффекты десольватации, сопровождающие переход боковых цепей из относительно незащищенного состояния в беспорядочном клубке в компактную упаковку вокруг спирали. В целом такие эффекты будут более ярко выражены для остатков, находящихся внутри спирали, чем для остатков, располагающихся на ее концах. Поэтому вклад взаимодействий между непосредственными соседями в свободную энергию образования спирали будет пропорционален Z — б, где б — коэффициент, учитывающий меньшую устойчивость концов спирали. При б > 2 (для а-спирали Шеллманом [368] было принято 6 = 4) свободная энергия перехода беспорядочного клубка в идеальную спираль будет уменьшаться при увеличении Z. Однако, для того чтобы правильно установить условия, определяющие переходы спираль — клубок, необходимо учитывать частично упорядоченные состояния, содержащие разнообразные сочетания последовательностей, свернутых в спирали или в беспорядочные клубки. Результаты, полученные различными исследователями, рассматривавшими эту проблему, аналогич- [c.132]

Первое краткое сообщение о результатах исследования Полингом и Кори пространственной структуры полипептидов и белков появилось в ноябре 1950 г. [57]. В апреле следующего года в одном номере журнала было опубликовано сразу восемь работ Полинга и Кори с подробным изложением полученных результатов, а вскоре появились еще четыре их работы [58—65]. Они сразу же обратили на себя внимание научной общественности, вызвали огромный резонанс и оказали сильное влияние на последующее развитие молекулярной биологии и прежде всего исследований пространственной структуры пептидов и белков. В связи с чем вполне обоснованно разделить исследования, проводимые в этой области, на работы до 1951 г. и последующего периода. Читая какой-либо труд, посвященный структуре пептидов, можно, не зная даты публикации, почти наверняка определить, написан ли он до или после появления в печати работ этих ученых. Исследования Полинга и Кори (1951 г.) имеют теоретический характер. Сделанные авторами предсказания возможных структур полипептидной цепи основаны на следующих постулатах 1) приняты одинаковые значения для длин связей и валентных углов всех пептидных групп полипептидной цепи. В литературе они получили название геометрических параметров Полинга— Кори 2) пептидная группа считалась плоской. Возможны две плоские конфигурации группы, отличающиеся взаимным расположением связей N—Н и С=0, цис- и трамс-переход между ними связан с преодолением высокого потенциального барьера (-20 ккал/моль). При построении моделей Полинг и Кори отдали предпочтение транс-конфигурации пептидной группы. По оценке Р. Кори и Дж. Донахью, отклонение от плоского строения группы на 10° вызывает повышение энергии приблизительно на 1,5, а на 30° — на 6 ккал/моль [66] 3) предполагалась полная насыщенность полипептидной цепи водородными связями. Для водородной связи N—Н...О = С были приняты следующие геометрические и энергетические оценки расстояние N...0 считалось равным 2,8 А, максимальное отклонение от линейности N—Н...0 не должно превышать 30° и энергия связи — 8,0 ккал/моль 4) при построении моделей пептидной цепи выбирались наиболее благоприятные ориентации пептидных групп, разделенных атомом С , с учетом потенциалов внутреннего вращения вокруг связей С —N и С —С и ван-дер-ваальсовых контактов между атомами 5) конформационные состояния всех звеньев пептидной цепи считались эквивалентными. [c.21]

Л. Полинг и Р. Кори рассмотрели все возможные конформации в минимумах торсионных потенциалов вращения вокруг связей С —N и С —С и пришли к выводу, что а-спираль и складчатый лист отвечают наиболее предпочтительным ориентациям смежных пептидных групп. Что же касается у-спирали, то она не оказалась в числе низкоэнергетических структур. При учете только торсионного потенциала эта спираль, по оценке Полинга и Кори, менее стабильна, чем а-спираль, на 2,3 ккал/моль. В отличие от компактной а-спирали, имеющей хорошие ван-дер-ваальсовы контакты, у-спираль представляет собой более рыхлую цилиндрическую структуру с отверстием около 2,5 А. Л. Полинг и Р. Кори не только сформулировали требования к геометрии полипептидной цепи и предложили удовлетворяющие им структуры, но и проанализировали имеющийся для белков и синтетических пептидов экспериментальный материал [67—71]. Они пришли к заключению, что а-спираль и -структура весьма распространены среди фибриллярных и глобулярных белков, а также гомополипептидов. В частности, было предложено, что а-кератин и другие белки этой группы имеют структуры, близкие а-спирали, а Р-кератин состоит из слоев складчатого листа, между которыми находятся двойные слои а-спиралей. К суперконтракционной форме кератина и миозина была отнесена у-спираль. Для коллагена Полинг и Кори предложили трехцепочечную, скрученную в жгут конформацию. В тройной спирали коллагена полипептидные цепи также имеют спиральную форму с меньшим шагом. Из-за большого содержания в коллагене пролина и оксипролина (30%) а- и у-спирали не могут реализоваться по стерическим причинам и из-за отсутствия многих водородных связей. Поэтому для единичных цепей коллагена предложена спираль с винтовой осью 9-го порядка. [c.23]

О связывании пептидов с белками МНС (HLA.) класса II можно судить по результатам рентгеноструктурного исследования Л. Штерна и соавт. [338] пространственного строения комшекса внеклеточной части белка HLA-DR1 с пептидом вируса гриппа НА 306-318 триде-капептидным фрагментом гемагглютинина, мембрашого гликопротеина этого вируса. Дифракционная картина получена сг одного кристалла при -170°, используя синхронное излучение с = i,910 А. Трехмерная структура комплекса HLA-DR1/HA идентифицирована с разрешением 2,75 А. Ее ленточная диаграмма представлена на рис. 1.15. Тридека-пептид НА сорбирован в связывающем центре HL -DR1 в вытянутой, закрученной с большим шагом форме. Она представляет наилучшие возможности для взаимодействий, с одной стороны, с окружающими пептид аминокислотными остатками, а с другой - с поверхностными остатками Т-клеточного рецептора. Таким образок, пептид открыт для межклеточных взаимодействий. Схема реализуемых в комплексе HLA-DR1/HA 12 водородных связей показана на рис. 116. Связи осуществляются только между атомами основной цепи пептида НА и атомами консервативных аминокислотных остатков а-спиральных и (3-струк-турных областей HLA-DR1. Следовательно, систем водородных связей не зависит от конкретной последовательности пептида, т.е. является универсальной для пептидных комплексов HLA-DR1 класса II. Этот факт свидетельствует также о близких ориентациях пептидов в комплексах одновременно относительно связывающих центров белков HLA-DR1 и T R, принадлежащих двум клеткам. [c.79]

Результаты рентгеноструктурного анализа белков показывают, что наблюдается закономерное расположение аминокислотных остатков полипептидной цепи таким образом, что заряженные группы, этого требует термодинамика, располагаются в основном на наружной стороне молекулы белка, а гидрофобные — внутри глобулы. Гемовая простетическая группа находится, как правило, внутри складки или кармана , образованного полипептидной цепью [Ком, 1978]. Фиксация гема осуществляется за счет неполярных контактов с гидрофобными аминокислотными остатками белка, а также за счет водородных связей одного или двух пропионовокислых остатков гема с аминокислотными остатками апобелка. Ориентация гема в гемоглобине, миоглобине, цитохром с пероксидазе аналогична таковой в пероксидазе хрена пропионовокислые остатки направлены к поверхности белковой глобулы, а винильные группы — внутрь. Причем, в гемоглобине кашалота карбоксильная группа в 6-ом положении порфирина образует водородную связь с атомом азота Н1 -97 и направлена к проксимальной стороне порфиринового кольца, а карбоксильная группа в 7-ом положении образует аналогичный полярный контакт с Аг -45 [Макинен, 1978] и, следовательно, направлена к дистальной стороне. Образование контактов пропионовокислых групп в гемоглобине как с проксимальной, так и с дистальной стороны, обеспечивает жесткое закрепление гема, препятствующее изменению ориентации его в гемовом кармане . В метге-моглобине только карбоксильная группа в 7-ом положении образует водородную связь с Н1 -45 в а субъединице, с 8ег-45 в Р субъединице. Модификация пропионовокислых остатков гема в [c.15]

Поскольку стабильность молекулярных структур условие, необходимое для нормальной жизнедеятельности клетки, естественный отбор действовал против способност белков случайным образом изменять свою конформацию. Однако давление отбора не полностью устранило эт способность, а лишь специфически ограничило ее так, что молекулы большинства белков могут обратимо переходить в одну из нескольких различных, но близкород ственных стабильных конформаций. Белки с такими свойствами называются аллостернческими белками. Например, в указанном белке могут образовываться несколько различных наборов водородных связей с приблизительно одинаковой энергией, причем установление каждого набора связей требует небольшого изменения взаимной пространственной ориентации различных складок полипептидной цепи. Энергетически выгодны лишь строго определенные конформации молекул, а все промежуточные конформации нестабильны. Причина дискретности стабильности конформаций продемонстрирована на рис. 3.13 [c.122]