Белки переход спираль клубок

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]

Очевидно, что исчезновение гипохромизма при переходе спираль — клубок, при денатурации, может дать количественную меру а-спиральности белка. Ввиду трудностей, с которыми сопряжены спектрофотометрические измерения в дальней ультрафиолетовой области вблизи 2000 А, этот метод в применении к белкам малоупотребителен. Напротив, он весьма прост и эффективен в случае нуклеиновых кислот при определениях степени спаривания цепей. Длинноволновые электронные полосы поглощения нуклеиновых кислот лежат вблизи 2600 А. Эти полосы, обусловливаемые лл -переходами, характеризуются дипольными моментами, лежащими в плоскостях азотистых оснований. В табл. 5.3 приведены характеристики полос поглощения в спектрах азотистых оснований 71]. [c.288]

Переходы спираль -- клубок происходят в растворах белков при нафевании, при изменении pH и концентрации солей. [c.346]

Наличие а-спиралей позволяет проследить на глобулярных белках переходы спираль — клубок в водной среде. На рис. 1.25, а такой переход изображен для яичного альбумина при двух различных pH [52]. Мы видим, что температура перехода сильно зависит от pH. Рис. 1.25,6 показывает, в согласии с (1.153), смещение точки перехода в присутствии денатуранта (мочевины). Специальный интерес представляет эффект, изображенный на рис. 1.25, в. В чистом диметилформамиде (ДМФ) яичный альбумин превращается в моно-а-спираль. ДМФ, взаимодействуя с гидрофобными группами белка, ослабляет третичную структуру и способствует раскрытию складок. Поэтому, казалось бы, ДМФ должен способствовать укреплению вторичной структуры за счет третичной структуры. Однако это не так в присутствии ДМФ переход спираль — клубок происходит так же, как в присутствии денатуранта. Очевидно, взаимосвязь вторичной и третичной структур не ограничивается взаимными помехами (это было бы непонятно и с биологической точки зрения), но носит более сложный характер, в частности, по-видимому, третичная структура, хотя и препятствует развитию максимальной степени спирализации, но зато стабилизирует стери-чески разрешенные спиральные участки, например, создавая [c.84]

Дифференциальная спектроскопия впервые была использована для сопоставления электронных спектров биополимеров, претерпевающих переходы на молекулярном уровне (денатурация белков, переходы спираль — клубок в полипептидах или ДНК и т. п.). Современные спектрометры позволяют сразу получать дифференциальные спектры, что удобно и для исследований процессов полимеризации можно осуществлять непрерывный мониторинг полимеризующейся системы вместо отбора проб или использования не слишком надежного дилатометрического метода. [c.320]

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

Одно из наиболее существенных отличий процесса свертывания белковой цепи от перехода спираль-клубок синтетического полимера связано с дальними взаимодействиями, обусловливающими в значительной мере глобулярную форму нативной конформации белков. Свободная энергия глобулы по отношению к энергии полностью развернутого состояния, согласно Гё [61], может быть выражена суммой двух членов, пропорциональных объему и площади поверхности глобулы. При одном и том же объеме энергия системы будет минимальной при реализации пространственного строения белка в форме одной глобулы. Данное соображение послужило основанием для создания Гё однодоменной глобулярной модели свертывания белковой цепи, согласно которой аминокислотная последовательность на любой стадии ее структурирования состоит из двух частей - [c.492]

Наглядный пример такого поведения показан на рис. 14.5. Пики протона при С-2 остатка Гис-15 (см. ниже) в спектре лизоцима белка куриного яйца появляются при 1,04 т для нативного белка (а) и при 1,41т для белка в денатурированном состоянии (в). Спектры лизоцима в промежуточном состоянии представлены на рис. 14.5,6. В последнем случае эти пики имеют одинаковую интенсивность и не уширены. Такое поведение сильно напоминает переход спираль — клубок в полипептидах (см. разд. 13.4). Отсюда следует, что переход из упорядоченного состояния в неупорядоченное может быть представлен схемой двухпозиционного обмена для целой молекулы белка (этот вывод следует также из результатов измерений при помощи других физических методов [29—35]). Во временной шкале ЯМР такой переход протекает медленно. Можно постулировать любое число промежуточных частично развернутых состояний молекулы, которые быстро переходят друг в друга, в нативное состояние и в статистический клубок [c.355]

Остатки с низкими относительными статистическими весами значительно укорачивают среднюю длину спирали. Чтобы оценить спиральный потенциал данного белка, было использовано одно значение параметра инициации а = 5 10 (разд. А.4). Кроме того, были введены три различные значения х для всех типов остатков. Так, 5 -= 0,385 соответствовало остаткам, прерывающим спираль (В), 5 1, 00 — индифферентным к спирали (/) и з=1,5 — образующим спираль (Н) (табл. 6.1). Значения а и х получают по наклонам и температурным переходам зависимостей, описывающих переходы спираль — клубок в синтетических полипептидах, используя уравнения (А. 18) и (А.20). Спиральная конформация предсказывается для всех положений остатков I, для которых / , больше средней величины В результате получаются непрерывные потенциальные функции, поскольку уравнение (6.2) учитывает кооперативность модели Зимма — Брэгга, согласно которой спирали должны иметь определенную длину (рис. А. 1). Этот метод предсказания дает спиральные сегменты длиной около 10 остатков, что намного меньше длины, ожидаемой для данного значения а гомополимеров при 5= 1, т. е. Ь 1/"5 10 = 40 (уравнение (А.17)). Такое укорочение спирали является следствием включения остатков с низкими значениями 5. [c.139]

Плавление кристаллического спирального полимера есть поворотная изомеризация, переход спираль — клубок. Сходные процессы играют важную роль в молекулярной биофизике — в физике белков и нуклеиновых кислот (см. ниже гл. 4 и 8). [c.134]

Кинетика достижения равновесной степени спиральности при переходе спираль — клубок интересна не только сама по себе, но и с точки зрения ее прямой связи со скоростями конформационных перестроек в белках, обусловливающих их ферментативную активность, и другими биологическими процессами. По индивидуальным сигналам от обеих форм (см. разд. 13.4.1), отстоящим друг от друга примерно на 100 Гц, можно оценить их время жизни, которое в данном случае не может быть меньше 10 с судя по остаточной мультиплетности протонных сигналов в спектрах некоторых полипептидов (например поли-Ь-аланине), минимальное время жизни конформационных состояний порядка 10 с. С другой стороны, методами температурного скачка [161], диэлектрической релаксации [162—164] и ультразвукового поглощения [165, 167] для этого характеристического времени получены величины порядка 10 с или даже меньше теоретическая оценка согласуется с данными этих методов [163, 168, 170]. Таким образом, данные метода ЯМР заметно противоречат результатам других методов и это противоречие нельзя устранить, даже предположив, что часть рассмотренных нами результатов ошибочна. [c.322]

В следующих сборниках будут опубликованы обзоры, в которых за основу обсуждения конформаций приняты не только взаимодействия отдельных атомов, но и взаимодействия многоатомных групп, а также модели, служащие для описания влияния растворителя. Предполагаемые темы обзоров Г. Конформации сахаров и полисахаридов 2. Потенциальные функции и гибкость полимеров 3. Критический анализ потенциальных функций 4. Пространственная структура белков 5. Конформации нуклеиновых кислот 6. Модели структуры т-РНК 7. Теория перехода спираль —клубок в синтетических и биологических макромолекулах. [c.5]

Следует отметить, что кооперативный характер разрыва или образования Н-связей в принципе характерен для макромолекул. Такой характер имеет разрушение и образование полимер-полимерных комплексов в растворах [219], переходы спираль-клубок в полипептидах и белках под действием денатурирующих агентов [228] и т. п. [c.151]

Переход спираль — клубок для полипептидов 5. Третичная структура белков. Рентгеноструктурный анализ [c.4]

Рассмотрим термодинамику плавления спиралей в полипептидах и белках. Точная теория переходов спираль—клубок была развита Зиммом. Она довольно сложна и для иллюстративных целей мы ограничимся изложением более грубой, но зато простой и наглядной схемы. [c.75]

Это очень интересный процесс — превращение а-спирали в беспорядочный клубок. Следить за им можно раз,ными способами. Превращение сопровождается изменением оптических свойств белка, изменением вязкости его раствора. Происходит такое превращение весьма резко при определенной температуре. Можно вызвать переход спираль — клубок и другими способами, например воздействием на белок кислотой или щелочью. В этих случаях резкий переход совершается при определенной концентрации кислоты или щелочи в растворе. [c.227]

При переходе спираль — клубок спираль исчезает, а аминокислотные звенья, конечно, остаются. В клубкообразном состоянии белка оптическая активность есть просто оптическая активность суммы его звеньев. Следовательно, при переходе должно происходить резкое изменение оптической активности. Так оно и есть (рис. 68). [c.232]

В заключение отметим, что для изучения тепловых эффектов процессов денатурации белков и нуклеиновых кислот и взаимодействия этих биополимеров с ионами металлов и гидроксония в последнее время щироко и успешно применяется микрокалори-метрия. Тепловые эффекты этих процессов довольно малы. Так, теплота денатурации (т. е. перехода спираль—клубок) ДНК составляет около 4,0 ккал на моль мономерных единиц. Поскольку исследования обычно проводятся при концентрациях биополимеров порядка 10 М (в расчете на мономерные единицы), а объемы составляют 1—2 мл, измеряемые теплоты крайне малы (де- [c.47]

Склонности к спирали, полученные с помощью статистической механики синтетических полипептидов, соответствуют склонностям, основанным на частотах встречаемости в глобулярных белках. В своих последующих работах Чоу и Фасман [201] сопоставили склонности к спирали, определенные но наблюдаемым частотам встречаемости в глобулярных белках, с данными, полученными на основании температур 9 переходов спираль — клубок синтетических полипептидов, согласно модели Зимма — Брэгга. Как показано в разд. А.5, по температуре перехода 9 можно определить относительные статистические веса х, а следовательно и склонности к спиралеобразованию. Чоу н Фасман показали, что величины з семи типов остатков, для которых имеются данные по синтетическим полипептидам, в пределах 10% согласуются со склонностями к спирали, полученными по частотам встречаемости в глобулярных белках. Это соответствие было более подробно исследовано Судзуки и Робсоном [352]. [c.140]

Параметры инициации, полученные из данных по синтетическим полимерам, хорошо коррелируют с частотами встречаемости остатков на концах спирали. Чоу и Фасман [201] сравнили также параметры инициации а, полученные при рассмотрении переходов спираль — клубок (разд. А.5), с частотами встречаемости остатков на концах спиралей в глобулярных белках. Как и в работах Лифсона и Ройга [375], в данном случае было проведено усреднение по обоим [c.140]

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]

Очевидно, что йсчеяновение гипохромизма при переходе спираль — клубок может дать количественную меру а-спи-ральности белка. Ввиду трудностей, с которыми сопряжены спектрофотометрические измерения в далекой ультрафиолетовой области вблизи 200 нм, этот метод малоупотребителен при изучении белков. Напротив, он прост и эффективен для нуклеиновых кислот, длинноволновые полосы которых лежат вблизи 260 нм. [c.144]

Брандтсом и др. [125, 126]. Переход Быражается в изменении коэффициента экстинкции е при 2930 А. Процесс обратим, п кривые являются равновесными. Такой переход типичен для глобулярных белков. Интервал температур, при которых он происходит, составляет около 10 °С. Сходство с переходом спираль— клубок, однако, обманчиво Внимательный анализ зависимости степени денатурации от температуры показывает, что конечную ширину интервала, в котором происходит переход, нельзя объяснить наличием частично денатурированных молекул, находяшихся в равновесии с нативными и с полностью [c.243]

Жардецкий и другие исследователи эффективно применили эти методы к решению ряда задач (см. [228—230]). Изучение химических сдвигов позволило установить детали взаимодействия фармакологических веществ (сульфамидов и антибиотиков) с белками [231]. В химических сдвигах протонных резонансов полиаминокислот отчетливо проявляются переходы спираль-клубок [232]. ЯМР дает информацию о взаимодействиях гаптен — антитело [233]. [c.340]

Переход спираль—клубок в белках и обратный переход клубок-спираль, наблюдающийся при обратимой денатурации (трипсин, рибонуклеаза), представляют собой примеры того, что в статистической механике называют кооперативными переходами. Мы имеем дело с одновременным переходом многих частиц (в данном случае звеньев цепи белков) из упорядоченного состояния в неупорядоченное. Причина одновременности и резкости перехода заключена во взаимодействии частиц. Можно проиллюс-трировать [c.75]

Проведенное рассмотрение относится к случаю, когда переход спираль — клубок происходит в инертном растворителе. Это условие выполняется редко, поскольку обычно наблюдается преимущественное взаимодействие растворителя либо со спиралью, либо с клубком. Вода легче ассоциируется с хаотическим клубком. Поэтому изучаемое равновесие относится к реакции обмена водородными связями между слабо гидратированной спиралью и значительно более гидратированным клубком. Образование водородных связей между пептидными группами белка и молекулами растворителя мешает образованию внутримолекулярных связей в белке, стабилизирующих спираль. Поэтому такие растворители, как мочевина, гуанидин, муравьиная, дихлоруксус-ная и трихлоруксусная кислоты, легко образующие водородные связи, способствуют образованию хаотического клубка, тогда как растворители, не склонные к образованию водородных связей, например этилендихлорид, хлороформ и 2-хлорэтанол, способствуют образованию водородных связей внутри цепей и между цепями. Если растворитель состоит из нескольких компонентов, то обратимые переходы спираль — клубок, имеющие резкий характер, могут происходить лишь в узком интервале концентраций этих компонентов. [c.285]

Таким образом, стабильность спирали зависит как от температуры, так и от растворителя. С некоторым приближением можно считать, что переход спираль — клубок происходит в том случае, если приращение свободной энергии, обусловленное вращением вокруг связей в сольватированном клубке, становится равным разности свободных энергий водородных связей внутрн спирали и водородных связей между клубком и растворителем. Группы, входящие в состав боковых цепей белков, являются дополнительными центрами взаимодействия, способными сместить равновесие в сторону спирали или клубка. Эти взаимодействия могут быть электростатическими например, поли-Г-глутамино-вая кислота имеет в кислых растворах форму спирали, а в нейтральных — форму хаотического клубка. Разрушение спирали в нейтральных растворах объясняется взаимным отталкиванием зарядов ионизованных карбоксильных групп. [c.286]

Для синтетического полипептида поли-р-бензил-Ь-аспартата, растворенного в хлороформе, 6o=-f611. Следовательно, его молекулы имеют структуру левой а-спирали. Это заключение согласуется с малой стабильностью а-спирали в данном случае. Достаточно добавить в раствор этого полипептида в хлороформе дихлоруксусную кислоту в концентрации примерно 10%, чтобы вызвать переход к конформации хаотического клубка. В случае поли- -бензил-Ь-глутамата, имеющего структуру правой спирали, для перехода спираль — клубок требуется, чтобы отношение концентраций дихлоруксусной кислоты и хлороформа было равно приблизительно 70 30. Если в молекуле содержание левых и правых спиралей одинаково, то Ьо О. В отсутствие других форм вторичной структуры параметр Ьо служит мерой избыточного содержания спиральных форм одного из двух типов. Большая часть белков спирализуется, по-видимому, только в форме правой а-спирали. В этих случаях Ьо может служить непосредственно мерой содержания спиральных структур . [c.290]

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]

Метод вариации растворителя действует только на силы сцепления боковых групп и устраняет третичную структуру. Однако полнота эффекта зависит в большой мере от наличия вулканизационных мостиков. В яичном альбумине имеется один дисульфидный мостик в единственной полипептидной цепи. По всем данным, он локален, т. е. образует небольшую петлю. Поэтому яичный альбумин ведет себя как полипептид без мостиков. Сама кривая перехода спираль—клубок у яичного альбумина, как и у некоторых других белков, например у "у-глобулинэ, резкая (см. рис. 27). [c.82]

Известен ряд так называемых термостабпльных ферментов, каталитические свойства которых полностью восстанавливаются после кипячения. Такими ферментами являются, например, трипсин, рибонуклеаза, миокипаза. На рис. 28 (см. выше) представлена кривая перехода спираль—клубок в трипсине, из которой видно, что спиральная структура почти полностью восстанавливается пос,ле охлаждения раствора белка, подвергнутого нагреванию до 100°. Также полностью снпрализуется после охлаждения и рибонуклеаза. (Все это справедливо лишь для разбавленных растворов белков, в которых агрегация незначительна). [c.85]

Всем белкам в водных растворах свойственно левовращение при длине волны В-линии натрия. За исключением белков группы коллагена [59], большинство из них имеет удельное вращение [а ]э в пределах от —20 до —70°, которое при полной денатурации понижается до (—80) — (—120) . Этот факт подтверждает существование в нативных белках каких-то общих для всех белков элементов структуры и позволяет считать, что в процессе денатурации происходит разрушение этих упорядоченных конформаций. После открытия а-спиральной конформации в синтетических Ь-полипептидах предположили, что та же спираль является одним из основных элементов структуры белков. И действительно, теперь это доказано методами рентгенографии для белков миоглобина и гемоглобина [47, 48, 50]. Однако совсем недавно Луззати и др. [61 ] высказали утверждение, что в разбавленных растворах молекулы поли-у-бензил-Ь-глутамата находятся в виде спирали Зю, а не а-спирали. Для этих исследований использовали метод рассеяния рентгеновских лучей под малыми углами и другие физические методы. Это породило дискуссии относительно точности спиральных моделей, предложенных для синтетических полипептидов, поскольку Доти, Блоут и сотр. ранее представили убедительное доказательство существования а-спирали. В этой главе автор будет продолжать изложение, предполагая существование а-спирали. ДОВ как синтетических полипептидов, так и белков имеет много общего. И денатурированные белки, и полипептиды в конформации статистического клубка имеют простую дисперсию Друде, тогда как белки, принадлежащие к группе фибриллярных мышечных белков, по-видимому, являются копией спиральных полипептидов. Денатурация и переход спираль — клубок (раздел Г-6) вызывают заметное увеличение лёвовращения. С другой стороны, глобулярные белки, в структуру которых, как полагают, входят спиральные сегменты, также характери- [c.107]

В первые на поли-у-бензил-Ь-глутамате было показано, что переход спираль — клубок можно проследить достаточно эффективно, пользуясь методом измерения оптического вращения [80]. Этот конформационный переход обычно совершается в присутствии добавок, которые способствуют ослаблению водородных связей, стабилизирующих спиральную структуру. Например, в смешанных растворителях, состоящих из дихлорэтана (растворитель, способствующий образованию спирали) и дихлоруксусной кислоты (способствующей образованию конформации клубка), этот полипептид претерпевает обратимый переход первого рода при содержании кислоты в смеси приблизительно 76 об. % (или 80 вес. о) (рис. 58). Такой резкий переход наблюдали также и в случае других пар растворителей он может даже происходить при добавлении небольших количеств нерастворителя, например воды, к раствору полипептида в хорошем растворителе задолго до осаждения полипептида (Доти и Янг, неопубликованные данные). Конформационный переход можно осуществить, не изменяя состав растворителя, просто понижением или повышением температуры раствора, состав которого близок к составу, при котором наблюдается переход в нормальных условиях. Более ярко конформационный переход показан на рис. 59, на котором приведены дисперсионные кривые, нормальная для конформации клубка и аномальная для спиральной формы. (Направление перехода в этом случае противоположно направлению аналогичного перехода при денатурации белков в последнем случае повышение температуры способствует возникновению разупорядоченной формы. Причину этого обращения направления конформационного перехода можно объяснить исходя из данных по термодинамике [80].) Поскольку а-спирали стабилизованы кооперативным влиянием водородных связей, можно ожидать, что резкость перехода должна зависеть от молекулярного веса и распределения по молекулярным весам полипептида, что в действительности было обнаружено для поли-у-бензил-Ь-глутаматов [80]. Кроме того, было показано, что включение в Ь-полипептид небольшого количества В-остатрюв приводит к ослаблению спиральной конформации, в результате чего при увеличении количества О-остатков до [0/(Ь + О) С 0,5] точка перехода сдвигается в направлении меньшей объемной доли дихлоруксусной кислоты [81]. [c.113]