Нативная структура,. определение

Имеющиеся экспериментальные данные свидетельствуют о том, что трехмерные структуры белков характеризуются плотнейшей упаковкой атомов. Коэффициенты упаковки белковых молекул в нативном состоянии имеют значения от 68 до 82%. Для сравнения напомним, что у правильных сферических тел этот коэффициент равен 74%, а у молекул воды и циклогексана - 58 и 44% соответственно. По плотности упаковки атомов белковые молекулы близки кристаллам малых органических молекул (70-78%). Нативные структуры белков имеют также незначительные коэффициенты сжимаемости, близкие, например, коэффициентам сжимаемости олова и каменной соли. Высокая компактность глобулярных белков подтверждается большой плотностью, малой вязкостью и малыми молекулярными объемами нативных белков в растворе. Так, наблюдаемые у них величины плотности (1,3-1,5 г/см ) выше, чем у сухих белков и близки величинам плотности кристаллов низкомолекулярных органических соединений. Это свойство пространственных структур белковых молекул безупречно с физической точки зрения и очень образно передает определение их как "апериодические кристаллы" - термин, использованный Э. Шре-дингером для характеристики состояния хромосом [52]. Таким образом, есть все основания заключить, что нативная конформация белка представляет собой плотно упакованную структуру с максимальным числом внутримолекулярных контактов между валентно-несвязанными атомами. [c.102]

Определение ее как расплавленной глобулы, совпадающей с нативным состоянием по вторичной структуре и топологии укладки основной цепи, но отличающейся от него отсутствием плотной упаковки боковых групп, представляется неудачным и по своей форме, и по содержанию. Первое становится очевидным, если поставить вопрос, имеющий отношение не только к самому термину, но и ко всей гипотезе можно ли вообразить свертывание белковой цепи вне процесса, вне прохождения через ряд промежуточных состояний, и может ли одно из них не быть близко к нативному состоянию Очевидно, это очень трудно, так же трудно, как, например, представить отсутствие сходства между близким к завершению строящимся зданием и его окончательной архитектурой. Определение расплавленной глобулы неправильно также по существу, поскольку ее вторичные структуры и форма основной цепи молекулы не могут сколько-нибудь близко подойти к нативной структуре без предварительного установления строго детерминированных контактов между подавляющим большинством внутренних боковых цепей, ибо именно этот вид взаимодействий обусловливает структурные особенности каждой природной аминокислотной последовательности. [c.85]

Эти опыты показывают, что программа самосборки белка закодирована в его первичной структуре. По всей вероятности, важное значение при ренатурации белка имеет образование ядер , т. е. небольших участков упорядоченной вторичной структуры (стадия нуклеации). За этим сравнительно медленным процессом следует быстрое сворачивание цепи в нативную структуру. На первых этапах ренатурации белков, в поддержании нативной конформации которых участвуют дисульфидные мостики, образуются промежуточные производные с правильными и неправильными дисульфидными связями. В ряде случаев удавалось останавливать процесс ренатурации на определенных стадиях и выделять такие частично свернутые формы. Поскольку в целом сборка белка является достаточно быстрым процессом, можно сделать вывод о том, что природа не перебирает все возможные комбинации в очередности замыкания дисульфидных мостиков (при 4 S—S-связях их 105, а при 5 — уже 945), а сворачивание полипептидной цепи идет по ограниченному числу направлений и приводит к конформации, характеризующейся минимальной свободной энергией. [c.105]

В зависимости от положения в нативной структуре остатки аминокислот могут находиться в различном состоянии. Одни из них маскированы в глубине молекулы, другие доступны для растворителя. Кроме того, состояние аминокислоты в значительной мере определяется ее непосредственным окружением. Например, образование водородной связи между боковыми цепями аминокислот изменяет их химические и физикохимические свойства, а каталитические функции ферментов осуществляются в результате согласованного действия некоторых аминокислотных остатков, определенным образом сгруппированных в активном центре. Естественно, непосредственное окружение оказывает влияние и на доступность аминокислотных остатков действию химических реагентов. [c.344]

Сам термин денатурация (т. е. изменение, нарушение натурального, нативного состояния) следует считать устаревшим. Он имеет слишком неопределенный характер, отражает неодинаковые, разнотипные изменения в белках и его целесообразнее заменять определением конкретных химических или физикохимических превращений, которые происходят в белковой молекуле. Принято считать, что денатурация представляет собой изменение макроструктуры белка — внутримолекулярную перегруппировку, переукладку структурных звеньев белковой частицы, связанную с изменением определенных свойств исходного нативного белка. По определению Козмана, денатурация — процесс (или последовательность процессов), изменяющий пространственное расположение полипептидной цепи внутри молекулы белка от такого, которое характерно для нативного белка до более беспорядочного. Процесс этот совершается таким образом, что нативная структура разрушается, вероятно, сразу во всей молекуле или в большей ее части. Считают, что денатурационное превращение большинства глобулярных белков происходит, если не скачкообразно (по принципу все или ничего ), то во всяком случае проходя через небольшое число стадий. [c.159]

В настоящее время экспериментально доказано, что дисульфидные (ковалентные) связи, несмотря на их относительную прочность, сами по себе обеспечить устойчивость нативной структуры не могут. Это видно хотя бы из того, что разрыв всех —5—5— связей не вызывает существенных изменений конформации белковой молекулы, если в ней сохранена сеть вторичных (слабых) связей. Водородные связи в молекуле очень важны, но считают, что сами по себе они могут привести нативную структуру только на грань стабильности, которая может быть уничтожена или усилена в результате определенных взаимодействий боковых групп. Не столь велико и значение спирализации цепей [c.161]

При современном состоянии вопроса еше мало вероятно, чтобы интерпретация рентгеновских данных могла привести к построению рациональной картины расположения атомов в нативной структуре белка. Однако можно определенно сказать, что только рентгенографические исследования кристаллов дают надежду на получение существенных выводов в этом направлении. Поэтому желательно, чтобы исследование монокристаллов белка проводилось бы в более широком масштабе, чем до сих пор. [c.329]

Синтез такой природной структуры, как молекула инсулина, выдвигает перед исследователями двойную задачу. Во-первых, требуется синтезировать две аминокислотные последовательности в 21 и 30 аминокислотных остатков. При современном уровне развития химии пептидов это можно осуществить с достаточно хорошим выходом. Другая сторона вопроса более сложна. Молекула инсулина содержит 6 остатков цистеина, которые в нативном белке определенным образом скомбинированы и образуют 3 дисульфидных мостика, причем один из них дает внутренний цикл в цепи А (остатки 6 и 11). При рекомбинации теоретически возможно 16 вариантов замыкания дисульфидных мостиков (рис. 26) но, повидимому, лишь единственная комбинация приводит к биологически активной молекуле. Это ставит жесткое условие найти разные типы защит для различных сульфгидрильных групп с тем, чтобы иметь возможность осуществить ступенчатое направленное замыкание определенных пар ЗН-групп. [c.166]

Эти процессы приводят к образованию рацемических смесей. Однако считается, что при спонтанной кристаллизации происходило их разделение. Наиболее вероятно, что такое разделение происходило случайно. Видимо, определяющую роль в разделении оптически активных соединений играли процессы селективного комплексообразования одного определенного стереоизомера с ионами металлов и активными фрагментами минералов, например природных асимметричных кристаллов кварца. В конце концов, стереоселективная полимеризация олефинов на поверхности металлов (катализаторы Циглера—Натта) представляет собой хорошо изученный промышленный процесс получения изотактических полимеров (структур, у которых центр стерической изомерии в каждом мономере имеет одну и ту же конфигурацию). Как известно, связывание ионов металлов весьма важно для многих биохимических процессов. Такое связывание играет существенную роль в поддержании нативной структуры белков и нуклеиновых кислот. Процесс отбора оптических изомеров мог происходить в результате каких-то физических явлений, например взаимодействия с радиоактивными элементами, воздействия радиации или космических лучей. Весьма заманчиво привлечь эти факторы для объяснения асимметричности, проявляющейся в процессе жизнедеятельности. Поясним, что асимметричными называются молекулы, не обладающие зеркальной симметрией (или не имеющие плоскости симметрии). Асимметричные молекулы, обладающие только одним элементом симметрии — осью Сь составляют особую группу асимметричных молекул. [c.536]

Несмотря на то что область температурного перехода для ДНК относительно узкая, она все же шире, чем можно было бы ожидать для длинной идеально уложенной спиральной структуры. Внутри этой области с помощью метода электронной микроскопии удалось обнаружить только полностью денатурированные или совершенно нативные структуры [239]. И вновь внутри этой области понижение вязкости быстро достигает предельного значения, а дальнейшее понижение вязкости происходит только при повышении температуры, что указывает на существование известного распределения специфических температур денатурации. Вполне обоснованное объяснение этого заключается в том, что вклад двух типов пар оснований в стабильность спирали различен. В таком случае тепловая денатурация должна была бы зависеть от относительного состава либо всей двуспиральной структуры, либо ее отдельных больщих участков. Показано, что температуры плавления (т. е. точки перегиба на кривых зависимости оптической плотности от температуры), определенные в стандартных условиях (0,15 М хлористого натрия в 0,015 М цитрата натрия) для большого числа дезоксирибонуклеиновых кислот, различающихся по составу оснований, прямо пропорциональны содержанию гуанина и цитозина в нуклеиновой кислоте (рис. 8-20) [240]. Линейная зависимость температур плавления от содержания гуаиин-цитозиновых иар исключительно точна, и поэтому измерение этих температур может быть использовано для определения нуклеотидного состава данной ДНК [241, [c.574]

Еще в работах Анфинсена (1973) было показано, что пространственная структура белка способна к спонтанной самоорганизации. Денатурированная белковая глобула после возвращения к нормальным температурным условиям и удаления денатуранта из раствора снова за несколько минут восстанавливает исходную первоначальную нативную структуру, в которой каждый атом занимает свое определенное место. [c.245]

Па этом этапе уже может образоваться нативная структура, которая имеет только одну определенную конформацию. По именно здесь возникает противоречие между кинетическими и термодинамическими требованиями к процессу сворачивания. Если истинная температура сворачивания Т/ ниже точки замерзания Т/ < Тс, то стабильность конечной конформации обеспечена, однако, время сворачивания будет очень большим. С другой стороны, при Т/ > Т сворачивание будет быстрым, однако оно приведет к структуре не стабильной при этих температурах. [c.247]

С другой стороны, каучук, вулканизированный серой, сохраняет свойства статистического клубка, несмотря на наличие ди- и полисуль-фидных мостиков. Изучение обратимой денатурации белков с разрывом и последующим спонтанным восстановлением первоначальных дисульфидных связей, прежде всего исследование К. Анфинсена [7] денатурации и ренатурации рибонуклеазы А, склоняет к предположению, что не 8-8-мостики создают нативную структуру, а, напротив, структура, формирующаяся за счет слабых взаимодействий, приводит к сближению вполне определенные остатки цистеина и тем самым обусловливает избирательное образование системы дисульфидных связей. Таким образом, можно заключить, что белковую глобулу создают слабые невалентные взаимодействия. Невалентные взаимодействия в водорастворимом белке мог) т возникать между пептидными группами основной цепи, между боковыми цепями аминокислотных остатков, между звеньями основной цепи и боковыми цепями. Кроме того, поскольку белок сохраняет свою нативную конформацию и функционирует только в водном растворе при определенных, так называемых физиологических значениях pH и ионной силы, то структура определяется также взаимодействиями белка с молекулами воды и находящимися в ней соединениями и ионами. Окружающая среда, помимо этого, оказывает конкурирующее и иное влияние на внутримолекулярные взаимодействия. Рассмотрим сложившееся мнение о природе перечисленных взаимодействий, об их вкладах в конформационную энергию и, следовательно, влиянии на стабильность пространственной структуры белковой молекулы. [c.232]

Тот факт, что солевые мостики найдены в нативных структурах белков, означает, что они играют определенную роль в стабилизации этих структур. Однако, как уже упоминалось, трудно оценить, насколько велика эта роль. Прочность солевых мостиков должна была бы увеличиваться при снижении диэлектрической проницаемости среды, скажем, при добавлении к воде неполярных растворителей, например диоксана или этилового спирта. Тем не менее при их добавлении белки денатурируют, откуда следует, что расположение углеводородных белковых цепей в неполярном окружении более выгодно, чем усиление электростатической стабилизации, и, следовательно, в нативной белковой структуре гидрофобные взаимодействия важнее электростатических. [c.270]

Термин ренатурация (рис. 1-8) обозначает преобразование денатурированной формы в нативную структуру. В действительности структура ренатурировапной молекулы зависит от того, какие критерии используют для определения восстановления нативной конформации. В случае ДНК это относится к преобразованию отдельных полинуклеотидных нитей в двойную спираль. Для белков этот термин менее определенен. [c.22]

Воспроизводимое фракционирование однонитевых молекул ДНК и РНК, а также определение их молекулярной массы по скорости миграции в геле оказываются возможными только при сохранении условий денатурации в ходе самого электрофореза. Поэтому во всех случаях, когда нет необходимости сохранить нативную структуру, нуклеиновые кислоты предпочитают фракционировать электрофорезом в денатурирующих условиях, или, как говорят, в денатурирующих гелях. Это означает, что внутри геля создается среда, препятствующая комплементарному спариванию одинарных нитей нуклеиновых кислот или их участков. [c.129]

Термин нативная структура общепринят, но ему трудно дать определение. Он может означать следующее либо структуру макромолекулы, как она существует в природе, либо структуру макромолекулы, когда она выделена, при условии сохранения ферментной активности. [c.21]

Сильные взаимодействия являются результатом химических реакций и сопровождают практически все термокаталитические процессы нефтепереработки. Средние и слабые взаимодействия наблюдаются, как правило, во внутренней структуре нативных нефтяных систем, а также в продуктах переработки нефтяного сырья в условиях, когда химические взаимодействия исключены, например при определенных термо-барических условиях, в отсутствие катализаторов химических реакций и т.п. [c.93]

Такой метод определения толщины черных пленок носит чисто качественный характер. Кроме того, в процессе подготовительных операций структура пленки может претерпевать существенные изменения, на что указывалось в работе [83]. Основное достоинство электронно-микроскопического метода заключается скорее не в возможности определения толщин черных пленок, а в сравнении картин срезов пленки и нативных клеточных мембран, которые, как показывает эксперимент, оказываются подобными. [c.76]

В определенном температурном интервале под действием осмотических сил крахмальные гранулы сильно увеличиваются в объеме, ослабляются и разрываются связи между отдельными структурными элементами, нарушается целость гранул. При этом резко возрастает вязкость раствора — происходит клейстеризация крахмала. В. И. Назаров, а позднее М. Г. Столяр показали, что клейстеризация в отличие от набухания является эндотермическим процессом, требующим затрат тепла около 6,28 кДж на 1 г крахмала. Для крахмального клейстера характерны беспорядочное расположение макромолекул и потеря кристаллической структуры, обнаруживаемой на рентгенограммах нативного крахмала. Процесс клейстеризации сопровождается контракцией системы. Величина сжатия (4,5%) близка к величине обычных фазовых превращений. [c.79]

В случаях, когда биологически активные вещества разрушаются при традиционных методах измельчения и сущки, применяют технологию криогенного измельчения и сущки свежего лекарственного растительного сырья. При этом ингибируются такие биохимические процессы, как перекисное окисление липидов, денатурация и диссоциация белковых молекул, пигментация, которые необратимо меняют биохимические свойства веществ, содержащихся в сырье. Криогенная переработка растительного сырья позволяет полностью сохранить нативную структуру не только находящихся в нем витаминов, но и молекулярных комплексов, содержащих широчайший спектр необходимых человеку микроэлементов. Этот факт чрезвычайно важен для полноценного усвоения витаминов и микроэлементов организмом человека. Практика внедрения криогенных перерабатывающих технологий показала, что наиболее оптимальным является вариант их комбинированного применения, позволяющий совместить целый ряд промежуточных технологических этапов и приводящий к значительному уменьшению затрат на дорогостоящее криогенное оборудование и производственные площади. Кроме того, определенные комбинации криогенных технологий позволяют получить принципиально новые продукты переработки. К ним можно отнести реструктурированные водные растительные экстракты, содержащие активные фрагменты витаминов, сложных эфиров и аминокислот жирорастворимые фракции с витаминами А, Е, К, Р, получаемые из криосублимированного растительного сырья растительную клетчатку, очищенную от ненасыщенных жирных кислот и содержащую водорастворимые витамины С, Р и основные микроэлементы. [c.480]

В разветвленных полисахаридах довольно частый случай — расположение более лабильных к кислотному гидролизу звеньев в боковых цепях и более прочных — в главной цепи. Тогда при частичном гидролизе можно получить набор моносахаридов и низших олигосахаридов из боковых цепей и полимерный материал главной цепи. Такой результат позволяет сразу установить, каково в общих чертах распределение определенных типов остатков между главной и боковыми цепями, а также, что пе менее важно, получить достаточные количества полисахарида упрощенной структуры (такие полимерные фрагменты часто называют деградированными полисахаридами) и установить его строение, т. е. решить уже более простую задачу, чем установление строения нативного (неизмененного) полисахарида. [c.101]

Помимо строго упорядоченных кристаллических участков, структура которых была только что рассмотрена, в нативных микрофибриллах имеются также и аморфные (или, по крайней мере, менее упорядоченные) участки, где целлюлозные цепи упакованы более рыхло. Вопрос об относительном содержании аморфных и кристаллических участков и об их взаимном расположении в элементарных фибриллах и микрофибриллах до сих пор остается дискуссионным из-за отсутствия бесспорных методов для прямого экспериментального определения этих характеристик. Однако факт существования в нативных целлюлозах двух типов надмолекулярных структур не вызывает сомнения. Такие участки резко различаются по реакционной способности, что непосредственно проявляется в химических экспериментах. [c.154]

Эти процессы приводят к образованию рацемических смесей. Однако считается, что при спонтанной кристаллизации происходило разделение смесн. Наиболее вероятно, что разделение проходило случайным образом. Видимо, определяющую роль в разделении оптически активных соединений путем селективного комплексоебразования одного определенного стереоизомера играли минералы, как, например, природные асимметричные кристаллы кварца, и ионы металлов. В конце К01Щ0В, стереоселективная полимеризация олефинов на поверхности металлов (катализаторы Циглера — Натта) представляет собой хорощо изученный промышленный процесс для получения изотактических полимеров. Известно также, что связывание ионов металлов весьма важно для многих биохимических превращений. Такое связывание существенно для поддержания нативной структуры нуклеиновых кислот и многих белков и ферментов. Процесс отбора оптических изомеров мог происходить вследствие других физических явлений, например взаимодействие с радиоактивными элементами, радиация или космические лучи. Недавно проведенные эксперименты с стронцием-90 показывают, что D-ти-роэин быстрее разрушается, чем природный L-изомер. Весьма заманчиво привлечь эти факторы для объяснения происхождения диссимметричности в процессах жизнедеятельности. [c.186]

Согласно термодинамической гипотезе К. Анфинсена [73], предпосылки для окисления атомов серы цистеинов, образующих в пептидах дисульфидные мостики, обусловлены стерической предрасположенностью соответствующих участков аминокислотной последовательности к таким конформационным состояниям, в которых остатки ys оказьшаются сближенными, а их боковые цепи имеют необходимую для создания S-S-связи взаимную ориентацию. В процессе свертывания пептидной цепи сближенность цистеинов в самых низкоэнергетических конформациях линейной последовательности достигается за счет стабилизирующих невалентных взаимодействий между всеми остатками цепи. Таким образом, предполагается, что механизм спонтанной самоорганизации нативной структуры пептида является не чисто статистическим, а статистико-детерминирован-ным, причем стерически разрешенными или самыми предпочтительными становятся только взаимодействия между определенными парами остат- [c.290]

Оценивая роль различных взаимодействий в стабилизации глобулярных бел-ков, следует считать, что характер нативной конформации определяется не каким-либо одним эффектом, а представляет собой результат совместного тонко сбалансированного действия целого ряда энергетических и энтропийных факторов. Водородные связи, образованные между полярными группами и водой и внутри глобулы, — главный фактор в обеспечении стабильности отдельных областей молекулы белка. Они ограничивают локальные конформационные изменения внутри белка, определяя жесткость конструкции и общий характер потенциальных барьеров для внутренних движений частей нативной структуры. В то же время гидрофобные взаимодействия между боковыми группами на отдельных участках основной цепи играют решаюшую роль в процессах сворачивания глобулы из первичной аминокислотной последовательности и в определении ее общей формы. В обоих случаях вода как растворитель имеет огромное значение, облегчая полярные взаимодействия за счет образования водородных связей как на поверхности, так и внутри макромолекулы белка. [c.234]

Ясно, что такие весьма существенные изменения в спектре связаны с изменением магнитного окружения многих ядер в нативной структуре. Спектр нативной формы, вообще говоря, очень информативен, но извлечь эту информацию бьтает трудно. В отдельных случаях удается идентифицировать сигналы, отвечающие определенным остаткам, и проследить, как изменяются их параметры при различных условиях. Это можно сделать, на- [c.159]

Для определения молекулярных размеров белков аденилатциклазной системы используют в основном два метода гидродина- мический анализ детергентных экстрактов мембран и метод молекулярных мишеней, который дает возможность изучать нативную структуру комплекса в мембране. [c.96]

Пример 13-А. Определение общей формы белков. Как уже обсуждалось в гл. 1, белки можно условно разделить на очень компактные, статистические клубки, спиральные и полужесткие (или комбинацию трех последних). Представление об общей форме может быть получено из сравнения вязкости нативного и денатурированного белка. (Денатурацию можно вызвать действием кислоты, высокой температуры или денатурирующих агентов, таких, как хлорид гуанидиния). Поскольку денатурированная форма представляет собой статистический пли около-статистический клубок (см. пример 13-Б для их различия), можно определить, является ли нативная форма более или менее компактной по сравнению со статистическим клубком по тому, увеличивается или уменьшается вязкость при денатурации. Например, т1отп рибонуклеазы заметно увеличивается в процессе термической денатурации в кислоте отсюда следует, что она имеет компактную нативную структуру (которая характерна для большинства глобулярных белков). С другой стороны, вязкость поли -у-бензил- -глутамата, имеющего форму жесткого стержня, в 4 раза уменьшается, если его поместить в условия, в которых он превращается в статистический клубок. Аналогично вязкость [c.373]