Кооперативные изменения конформации

Наличие линейной памяти и кооперативности в макромолекулярной цепи определяет ее особые свойства в информационном аспекте. Изменение конформации участка цепи влияет на его химическую реактивность и, наоборот, химические воздействия на участок цепи изменяют его конформационное состояние. События, происшедшие в каком-либо участке цепи, вызывают конформацнонные изменения во всей цепи. Макромолекулярная цепь способна служить каналом для передачи информации о химических событиях в некотором удаленном звене. В свою очередь конформационный сигнал, сообщенный началу цепи, может дойти до любого ее звена и вызвать изменение его химических свойств [50, 51]. Реализуются электронно-конформационные взаимодействия (ЭКВ, см. стр. ПО). На языке неравновесной термодинамики сказанное означает сопряжение химических (электронных) процессов с конформационными перестройками, и мы можем написать в линейном приближении [c.146]

Кооперативные изменения конформации олигомерных белков составляют основу механизма регуляции функциональной активности не только гемоглобина, но и большого числа других белков. [c.43]

Кооперативные изменения конформации протомеров [c.41]

Ферменты часто проявляют ингибирующее или активирующее влияние в присутствии физиологических концентраций метаболитов, которые являются предшественниками или продуктами метаболического пути, включающего данный фермент. Регулирование ферментативной активности по такому механизму обеспечивает поддержание концентраций метаболитов на физиологическом уровне. Такой контроль ферментативной активности может осуществляться изменениями конформации фермента, вызываемыми активаторами, ингибиторами или субстратами, и часто включает взаимодействия между субъединицами фермента. Особенно важными аспектами этой проблемы являются 1) кооперативная природа таких взаимодействий и 2) контроль ферментативной активности посредством связывания молекулы с центром, отличающимся от активного центра. Изменения ферментативной активности, которые попадают в эту категорию, часто называют аллостерическими эффектами, однако использование этого термина, к сожалению, не ограничивается этим единственным смыслом. [c.250]

B. Изменение взаиморасположения протомеров. Г. Кооперативные изменения конформации [c.21]

Д. Кооперативные изменения конформации [c.297]

Значительный запас конформационной энергии спиральной пептидной цепи рецептора в липидной мембране объясняет молекулярный механизм усиления сигнала после взаимодействия рецептора с лигандом. Поскольку при этой конформации все торсионные углы цепи жестко связаны друг с другом, даже небольшое изменение поворота или гидратации одного аминокислотного остатка из-за взаимодействия с лигандом приводит к согласованному, т. е. кооперативному, изменению конформации всей цепи. Поэтому воспринятый клеткой (или соседними рецепторами) сигнал будет многократно усилен за счет кооперативного увеличения свободной энергии пептидной цепи рецептора. [c.125]

Взаимодействие одного протомера со специфическим лигандом вызывает конформационные изменения всего олигомерного белка и изменяет сродство других протомеров к лигандам. Это явление носит название кооперативных изменений конформации протомеров. [c.18]

Кооперативные изменения конформации протомеров НЬ ускоряют нагрузку белка О2 в легких и разгрузку в тканях. [c.19]

Первая молекула изменяет конформацию протомера, к которому она присоединилась. Поскольку этот протомер соединен многими связями с другими протомерами, изменяется конформация и других протомеров. Это явление называют кооперативностью изменения конформации протомеров. Изменения конформации таковы, что сродство гемоглобина ко второй молекуле О2 увеличивается в 2-3 раза. В свою очередь, присоединение второй, а затем и третьей молекул О2 тоже изменяет конформацию, и каждый раз облегчается присоединение очередной молекулы О . Сродство гемоглобина к четвертой молекуле примерно в 300 раз больше, чем к первой. Конформационные изменения при образовании окси-гемоглобина подтверждены рентгеноструктурным анализом. [c.42]

При концентрации растворенного полимера, большей 1л1 , в растворах существенно возрастает вероятность взаимных контактов макромолекул, обусловливающая интенсификацию межмолекулярных взаимодействий и, как результат, возникновение аномалии вязкостных свойств. Характерной особенностью таких растворов является существенное подавление термодинамической гибкости сольватированных макромолекул и все более отчетливое проявление кооперативного характера изменений структуры растворов при тепловых и (или) механических воздействиях изменение конформации индивидуальной цепи определяется возможностями, которые обеспечивают ей соседние сольватированные макромолекулы. Полимеры в вязкотекучем состоянии представляют собой псевдопластичные аномально вязкие жидкости. [c.172]

Таким образом, остатки Asp , Phe , ys и Leu в кристаллической структуре фрагмента обладают ограниченной конформационной свободой и находятся в наиболее низкоэнергетических состояниях Поскольку в каждом случае имеется только одна область низкой энергии, конформационное состояние каждого остатка пептидной цепи фрагмента Arg - ys взаимообусловлено. Кооперативность столь велика, что делает невозможным изменение конформации основной цепи одного остатка без одновременного изменения конформаций других остатков, т.е. без разрушения всей системы средних взаимодействий, в данном конформационном состоянии. В силу этого обстоятельства, а тем более при наличии согласованности ближних, средних и дальних взаимодействий маловероятно не только изменение структуры основной цепи данного участка, но и большие отклонения углов ф, у в рамках той же структуры при генерации аминокислотной последовательности и ее укладке в нативную структуру [c.440]

Переходы простых релаксаторов могут вызвать только отдельные локальные, не связанные между собой изменения структуры полимерной системы. Изменение конформации цепи, разворачивание или сворачивание молекулярных клубов, а тем более изменение взаимного расположения (конфигурации) макромолекул, требует кооперативного перемещения отдельных участков макромолекулы. Такое перемещение возможно только, если разморожено движение на сегментальном уровне. Поэтому релаксационный переход, включающий или выключающий движение сегментов, является главным, его называют а-переходом и именно с ним связано структурное стеклование (при охлаждении) и размягчение (при нагревании), происходящие соответственно при температурах Т и Гр. [c.182]

Для аморфных полимеров, к которым относятся и эпокси.а-ные, установлено наличие двух основных видов релаксационных процессов. Первый связан с кооперативным движением сегментов макромолекул, реализуемом при переходе из стеклообразного состояния в высокоэластическое (а-процесс). В случае исследования диэлектрической (или дипольной) релаксации данный процесс называют дипольно-сегментальным. Он охватывает довольно большие молекулярные объемы и сопровождается изменением конформации цепей. [c.8]

Таким образом, различное искажение структуры двух металлокомплексов, участвующих в равновесии, комплементарные различия двух конформаций белка и изменение энергии сольватации — все эти факторы играют определенную роль в механизме регуляции белком химического равновесия, в котором участвует комплекс металла. Иными словами, для каждого белка надо рассматривать кооперативные изменения конфигурации, затрагивающие как ион металла и его ближайшее окружение, так и весь белок. То же самое, очевидно, можно сказать и о других равновесиях и других металлопротеинах. [c.174]

Узость интервала конформационного перехода обусловлена его кооперативным характером, выражающимся в том, что перестройка конформации в отдельной мономерной единице не приводит к выигрышу свободной энергии, для которого необходимо одновременное изменение конформаций большой группы мономерных единиц. В частности, для перехода спираль—клубок кооперативность связана с дополнительной энергией на стыках между спиральными и клубкообразными участками, обусловленной для полипептидов в конформации а-спирали необходимостью разорвать три внутримолекулярные водородные связи, чтобы первая мономерная единица в середине цепи приобрела гибкость. Поэтому спиральные и клубкообразные участки в молекулах в области перехода спираль—клубок содержат десятки последовательных мономерных единиц. В то же время переход спираль — клубок в молекулах высокой степени полимеризации не происходит по принципу все или ничего , в каждой молекуле сосуществуют спиральные и клубкообразные области. [c.20]

Из1вестно, что в одном конформационном состоянии фермент лучше связывается с субстратом, чем в другом. Этот простой факт, а также тенденция мономеров белков ассоциировать приводит к ряду интересных эффектов, природа которых долгое время оставалась загадкой для ученых. Сейчас мы знаем, что кооперативные изменения конформации в олигомерных белках лежат в основе многих важных аспектов регуляции активности ферментов и метаболизма. Эти изменения вносят элемент кооперативности в связывание малых молекул (например, кислорода гемоглобином), а также субстратов и регуляторных молекул с ферментами. Вполне возможно, что многие фундаментальные свойства живых организмов непосредственно связаны с кооперативными изменениями в фибриллах, мембранах и других структурах клетки. По этим причинам было бы весьма полезно рассмотреть этот вопрос (в частности, его количественную сторону) более подробно. [c.297]

Конформационное изменение в молекуле гемоглобина осуществляется как кооперативный переход, т. е. поглощаются (или выделяются из оксигемоглобина) сразу четыре молекулы кислорода. Предполагается, что изменение конформации происходит при захвате (или выделении) третьей из четырех молекул Оз, т. е. неравноценными по энергии связи остаются две молекулы в 3-цепи и две молекулы в а-цепи. [c.106]

На рис. 8.52 представлена модель, иллюстрирующая различные структурные особенности рецепторов гормонов и предположительный механизм их участия в активации транскрипции. Согласно этой модели, свободный рецептор может находиться в двух формах. В одной из них (I) домен Е свободен и не участвует ни в каких взаимодействиях. Вторая форма (II) представляет собой комплекс, состоящий из рецептора и ингибитора. Предполагается, что формы I и II не могут связываться с HRE. Присоединение гормона к рецептору, находящемуся в форме I, приводит к изменению конформации домена Е, димеризации рецептора (форма III) и его кооперативному связыванию с HRE (форма IV). Если же гормон соединяется с рецептором, находящимся в форме II, то белок-ингибитор отделяется от рецептора, последний димеризуется (форма III) и связывается с HRE. Данная модель предполагает, что димер образуется в результате взаимодействий между двумя связанными с лигандами доменами Е и двумя ДНК-связывающими доменами С. [c.78]

Небольшие изменения конформации белковых молекул происходят и при взаимодействии их с другими молекулами. Например, конформация гемоглобина с присоединенным к нему кислородом немного отличается от конформации гемоглобина в отсутствие кислорода. Поскольку в глобуле аминокислоты связаны друг с другом как пептидными связями, так и множеством других связей, белковая молекула обладает кооперативными свойствами, т. е. отвечает на воздействие как [c.35]

Аллостерическая регуляция ферментативной активности. Аллостеричес-кий тип регуляции активности характерен для особой группы ферментов с четвертичной структурой, имеющих регуляторные центры для связывания аллостерических эффекторов (ингибиторов или активаторов). Механизм действия аллостерических эффекторов заключается в изменении конформации активного центра, затрудняющем или облегчающем превращение субстрата. Некоторые ферменты имеют несколько аллостерических центров, чувствительных к различным эффекторам. Роль аллосте-рического эффектора зачастую выполняют метаболиты, гормоны, ионы металлов, коферменты, а иногда и молекулы субстрата. Аллостерические ферменты отличаются от прочих ферментов особой S-образной кривой зависимости скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата (рис. 2.9). Такой характер зависимости свидетельствует о том, что активные центры субъединиц функционируют кооперативно, т. е. сродство каждого следующего активного центра к субстрату определяется степенью насыщения предыдущих центров. [c.119]

Изменение конформации облегчает взаимодействие следующего протомера с О2, что вновь вызьгеает кооперативные изменения конформации протомеров и ускорение связывания с очередной молекулой О2. [c.19]

В гканях каждая последующая молекула О2 отщепляется легче, чем предьщущая, также за счет кооперативных изменений конформации протомеров. [c.19]

Нейроны характеризуются необыкновенно высоким уровнем обмена веществ, значительная часть которого направлена на обеспечение работы натриевого насоса в мембранах и поддержание состояния возбуждения. Химические основы передачи нервного импульса по аксону уже обсуждались в гл. 5, разд. Б, 3. Последовательное раскрытие сначала натриевых и затем калиевых каналов можно считать твердо установленным. Менее ясным остается вопрос, сопряжено ли изменение ионной проницаемости, необходимое для распространения потенциала действия, с какими-либо особыми ферментативными процессами. Нахманзон указывает, что ацетилхолинэстераза присутствует в высокой концентрации на всем протяжении мембраны нейрона, а не только в синапсах [38, 39]. Он предполагает, что увеличение проницаемости к ионам натрия обусловлено кооперативным связыванием нескольких молекул ацетилхолина с мембранными рецепторами, которые либо сами составляют натриевые каналы, либо регулируют степень их открытия. При этом ацетилхолин высвобождается из участков накопления, расположенных на мембране, в результате деполяризации. Собственно, последовательность событий должна быть такова, что изменение электрического поля в мембране индуцирует изменение конформации белков, а это уже приводит к высвобождению ацетилхолина. Под действием аце-тилхолинэстеразы последний быстро распадается, и проницаемость мембраны для ионов натрия возвращается к исходному уровню. В целом приведенное описание отличается от описанной ранее схемы синаптической передачи только в одном отношении в нейронах ацетилхолин накапливается в связанной с белками форме, тогда как в синапсах — в специальных пузырьках. Существует мнение, что работа калиевых каналов регулируется ионами кальция. Чувствительный к изменению электрического поля Са-связывающий белок высвобождает Са +, который в свою очередь активирует каналы для К" , последнее происходит с некоторым запозданием относительно времени открытия натриевых каналов, что обусловлено различием в константах скоростей этих двух процессов [123]. Закрытие калиевых каналов обеспечивается энергией гидролиза АТР. Имеются и другие предположения о механизмах нервной проводимости [124]. Некоторые из них исходят из того, что нервная проводимость целиком обеспечивается работой натриевого насоса. [c.349]

Было сделано необычайно интересное открытие, заключающееся в том, что координация гемового железа с гистидином, по всей видимости, лежит в основе кооперативности при связывании гемоглобина с кислородом [9, 10]. Радиус высокоспинового железа как в ферри-, так и в ферросостоянии столъ велик, что железо не помещается в центре порфиринового кольца и Смещается в сторону координационно связан- ной с ним имидазольной группы на расстояние, составляющее для Ре(II) 0,06 нм. Таким образом, в дезоксигемоглобине и железо, и имидазольная группа находятся от плоскости кольца дальше, чем в оксиге-моглобине. В последнем железо находится в центре порфиринового кольца, так как переход в низкоспиновое состояние сопровождается уменьшением ионного радиуса [9, И]. Изменение конформации белка, индуцированное небольшим смещением иона железа, уже было описано (гл. 4, разд. Д, 5). Однако истинная природа пускового механизма , приводящего к этим изменениям, пока в точности не ясна. С некоторым атриближением эти изменения можно рассматривать как чисто механи- [c.368]

Моносахаридным звеньям в составе полимера может быть свойственна большая конформационная подвижность, связанная с возможностью вращения остатка моносахарида вокруг гликозидных связей и с изменением конформации пиранозидного цикла. Такая подвижность должна быть особенно характерной для концевых остатков моносахаридов и коротких олигосахаридных цепей, присоединенных к основной цепи биополимера, так как именно концевые олигосахариды определяют биологическую активность многих углеводсодержащих биополимеров (см. гл. 21). В длинных полисахаридных цепях такая подвижность, несомненно, ограничена, и конформационные изменения могут происходить лишь как кооперативные процессы при достаточно энергичных воздействиях. [c.607]

При взаимодействии П., имеющих высокую плотность заряда, ПЭК выделяются из р-ров в виде гелей и мелкодисперсных, сравнительно мало сольватированных осадков. Устойчивость таких ПЭК определяется константами диссоциации исходных П. Так, в случае сильных П., напр, полистиролсульфокислоты и гидроокиси поливинилбензилтриметиламмония, ПЭК устойчивы практически во всем интервале pH и разрушаются только в конц. р-рах электролитов в водно-органич. смесях. ПЭК из слабых П. устойчивы в ограниченном интервале pH, причем образование или разрушение таких комплексов происходит кооперативно в узком интервале pH. Образование ПЭК сопровождается существенным изменением конформации составляющих его П., что свидетельствует о важной роли стерич. соответствия полимерных реагентов в реакциях между П. Эти эффекты наиболее ярко проявляются при взаимодействии модельных и биологич. П. соответствующие ПЭК играют важную роль в функционировании живых организмов. Физиологич. активность П. также в значительной степени обусловлена их способностью образовывать ПЭК. [c.50]

Чтобы сравнить конформацию в порошках при очень низких степенях гидратации (0,02) с конформациями при более высоких уровнях гидратации (выше 0,2), были сняты спектры ЭПР образцов лизоцима, ковалентно меченных сукциними-дил-2,2,5,5-тетраметил-3-пирролин-1-оксил-3-карбоксилатом. Материал содержал две спиновые метки на одну молекулу белка для того, чтобы спин-спиновое взаимодействие было достаточно сильным. Спектры снимали при —160°С при различных степенях гидратации. При этой температуре молекулярное движение не дает вклада в наблюдаемый спектр, и анализ формы линий можно использовать для оценки расстояния между спиновыми центрами [31]. Форма линий не зависит от степени гидратации (табл. 6.4). Среднее расстояние между спиновыми центрами составляет 26—28 А. Поэтому вплоть до разрешения в 1 А никаких изменений конформации с изменением степени гидратации не обнаруживается. Это заключение справедливо исключительно для тех участков белковой молекулы, которые прореагировали со спиновой меткой, и сохраняется возможность изменений на расстоянии более 1 А в других частях молекулы. Однако авторы полагают, что такая возможность маловероятна из-за широкого распределения аминогрупп около поверхности молекулы лизоцима и вследствие кооперативной природы процесса изменения конформации. Теоретически возможно также, хотя и мало вероятно, что конформации, различающиеся при различных уровнях гидратации при 25 °С, сводились бы к одной и той же при —160°С. Поэтому факт неза- [c.131]

Различие значений кажущейся энергии активации для электропроводности в стеклообразном и высокоэластическом состояниях свидетельствует о том, что молекулярные процессы, определяющие электропроводность в этих состояниях, неодинаковы. Это следует из имеющихся в настоящее время данных о тепловом движении в полимерах. Например, энергия активации для дипольно-радикальных потерь в несколько раз меньше, чем для дипольно-эластических. Объясняется это тем [19], что в первом случае потери обусловлены перемещениями небольших участков макромолекулы в сравнительно малых объемах. Дипольно-эла1,ти-ческие потерн связаны с изменением конформации более значительных участков цепи и с кооперативным движением многих мономерных звеньев. Движение иона-носителя должно существенно зависеть от характера теплового движения в полимерах. Об этом свидетельствуют данные по коэффициентам диффузии низкомолекулярных веществ в полимерах (гл. 2). Например, при переходе из стеклообразного в высокоэластическое состояние кажущаяся энергия активации процесса диффузии возрастает, т. е. можно отметить симбатность изменения энергии активации для процессов диффузии и электропроводности, с одной стороны, и диэлектрических потерь—с другой. Из этого можно заключить, что процессы переноса (электропроводность, диффузия) в стеклообразном состоянии связаны с локальными процессами изменения конформации небольших участков макроцепи, в то время как в высокоэластическом состоянии явления переноса обусловлены движением макроцепи, захватывающим более значительный объем. [c.43]

Гемоцианины не сохраняются при лиофилизации, однако имеется довольно эффективное средство, предохраняющее их от разрушения, а именно добавка невосстанавливающих сахаров, например сахарозы [105, 112, 113]. Хранение под атмосферой СО также предохраняет гемоцианины от старения кривая оксигенации остается S-образной [94]. При старении именно частичное окисление меди в активных центрах до степени окисления +2 препятствует такому изменению конформации, которое обеспечивает кооперативное действие активных центров. [c.415]

Нуклеиновые кислоты взаимодействуют со многими низко- и высокомолекулярными лигандами. Для расчетов кривых связывания лигандов можно использовать матричный метод. Эта процедура позволяет легко учитывать кооперативность и антикооперативность связывания. Интеркалирующие лиганды, например этидий, связываются с ДНК с исключением соседних мест связывания (антикооперативно). Это приводит к удлинению спирали, вызывает ее раскручивание и может сопровождаться образованием изломов. При связывании, по-видимому, происходит изменение конформации сахаров в соседних нуклеозидах. [c.380]

Предполагают, что для прочного связывания lq необходима определенная конформационная перестройка IgG. Это предположение базируется на том, что IgG в форме комплекса с антигеном, а также IgG, агрегированный иными способами (прогреванием при 63°С, сшивкой бифункциональными реагентами), прочно связывает lq. IgM прочно связывает lq также после его агрегации. Но это условие не является обязательным. Как убедительно показали Х.-Ч. Чианг и М. Кошланд (Н.— h. hiang, М. Koshland, 1979), даже комплекс IgM-антител с одновалентным гаптеном имеет высокое сродство к lq. Хотя агрегации IgM не происходит, наблюдаются вызванные гаптеном изменения конформации иммуноглобулина, в том числе F -участка молекулы. Все эти данные позволяют предполагать лишь, что связывание lq — кооперативный процесс, и прочная фиксация достигается скорее всего в случае соединения lq с иммуноглобулинами по нескольким точкам. Так как в молекуле IgG два центра для связывания lq, но стерически доступен, по-видимому, только один, для связывания lq по нескольким точкам необходимо сближение в пространстве нескольких эффекторных центров. Это достигается при агрегации IgG или его фиксации на нерастворимом носителе. В молекуле IgM пять доступных для lq центров. Поэтому кооперативный эффект при взаимодействии может быть достигнут даже при формировании эквимолекулярного комплекса, но при условии, что все центры для связывания lq в молекуле IgM будут располагаться в пространстве наиболее благоприятным образом для фиксации лиганда. Этому, очевидно, способствует гаптен, связывающийся с IgM-антителами. [c.136]

Рассмотренные выще механизмы способны описывать многие сложные эффекты, и кинетическое уравнение может иметь очень сложную форму. Но в общем случае концентрация [ЕЗ] не может возрастать быстрее, чем растет [3]. Однако при некоторых экспериментальных условиях субстраты или ингибиторы оказывают большее влияние на концентрацию комплекса. Другими словами, получаются 3-образные кривые типа кривой связывания кислорода гемоглобином (разд. 7.13). В особенности это относится к ферментам, играющим важную роль в регулировании обмена веществ. Подобные кооперативные эффекты встречаются в случае ферментов с несколькими активными центрами, поскольку кооперативный эффект подразумевает возрастание сродства второго активного центра к субстрату, когда первый центр занят. Как и в случае гемоглобина, взаимодействия такого типа сопровождаются структурными изменениями. Согласно модели Моно — Шанжо — Ваймана, фермент с несколькими активными центрами может находиться по крайней мере в двух состояниях. Это, вероятно, слишком упрощенная картина, но два является минимальным числом состояний, необходимым для объяснения наблюдаемых эффектов. Предполагается, что в обоих состояниях конформации всех субъединиц одинаковы. Воздействующая на систему молекула (эффектор), которая может быть молекулой субстрата, смещает равновесие в сторону одного или другого из этих двух состояний. Если эффектор смещает равновесие в направлении увеличения скорости реакции, то такой эффектор называется активатором. Если же его действие приводит к снижению скорости реакции, то он называется ингибитором. Как и в случае гемоглобина, воздействие усиливается тем, что одна молекула эффектора оказывает влияние на несколько каталити-21 [c.323]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология