Пространственное строение белка

После установления того факта, что в состав белков входят только L-формы аминокислот, для дальнейшего изучения строения белка важнейшим стало изучение аминокислотного состава белков, способа связи аминокислот в молекуле белка. Именно этой стороне проблемы строения белка были посвящены многочисленные исследования, выполненные на протяжении первой половины нашего столетия. Поскольку эта сторона дела не имеет прямого отношения к обсуждаемому нами вопросу о пространственном строении белка, мы не будем здесь разбирать ни соответствующих экспериментальных работ, ни предлагавшихся в разное время теорий. [c.588]

Монография посвящена рассмотрению существующих подходов к изучению принципов молекулярной структурной организации и механизма свертывания белка в нативную конформацию Книга состоит из введения и четырех частей В первой части изложена бифуркационная теория самосборки полипептидной цепи, физическая конформационная теория и метод априорного расчета пространственного строения белка по известной аминокислотной последовательности В других частях рассмотрены конформационные возможности простейших пептидов, сложных олигопептидов и белков Представлены результаты количественного анализа конформационных состояний большого числа пептидов и низкомолекулярных белков Изложен подход автора к решению обратной структурной задачи, позволяющей целенаправленно конструировать наборы искусственных аналогов, пространственное строение которых выборочно отвечает низкоэнергетическим, потенциально биологически активным конформациям природного пептида [c.4]

Рождение молекулярной биологии (1940-1960-е годы) означало определение химического и пространственного строения белков, нуклеиновых кислот и молекул других соединений живой материи, а также установление универсальности генетического кода и молекулярного механизма наследственности и изменчивости, общности биохимических принципов метаболизма и морфологического построения всего живого и многое другое. В результате органический мир предстал не как хаотическая и устрашающая своим многообразием совокупность видов и форм, а как иерархически упорядоченная система, имеющая единую молекулярную структурную организацию. [c.9]

Дополнительные данные о пространственном строении белков имеются в обзоре [22]. [c.642]

Определение третичной и четвертичной структур белковых молекул осуществляется физическими методами, в первую очередь, рентгеноструктурным анализом. Спектроскопические методы (ИК-, ЯМР-, УФ-) также приносят определенную информацию о пространственном строении белков, но эта [c.100]

Том 2. ПРОСТРАНСТВЕННОЕ СТРОЕНИЕ БЕЛКА [c.2]

Структуры белков содержат громадный объем информации, записанной в виде наименований и координат многих тысяч атомов. Такое количество данных может быть обработано только с помощью электронно-вычислительной техники. Однако поскольку исследователь должен оценивать, сопоставлять и усваивать обработанные структурные данные, необходимы наглядные изображения пространственных структур. Такие представления должны передавать в основном только те структурные особенности, которые важны при конкретном исследовании. Предельно упрощенной моделью пространственного строения белка является структурный макет. [c.175]

В рассмотренной конформационной теории белка не постулируется образование в процессе структурной самоорганизации вторичных, регулярных структур. а-Спирали и р-складчатые листы должны автоматически появляться по ходу расчета на тех участках последовательности, где они оказываются самыми предпочтительными по энергии. Не привлекаются также данные рентгеноструктурного анализа белков и результаты их статистической обработки. Физическая теория и соответствующий расчетный метод исходят только из отмеченных выше четырех принципов, знания аминокислотной последовательности и валентной схемы белковой молекулы. Таким образом, в отношении пространственного строения белка теория является априорной. Предсказание трехмерной структуры строится на количественной оценке взаимодействий между всеми валентно-несвязанными атомами. При этом, однако, не требуется делать специальных предположений о роли в пространственной организации белковой молекулы водородных связей, ионных пар, дисульфидных мостиков и других видов взаимодействий. Так называемые гидрофобные [c.106]

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]

Таким образом, код обладает высокой, хотя и не абсолютной, надежностью по отношению к правильным мутациям, обеспечивая их большую вероятность. Преимущество правильных мутаций определяется пространственным строением белка в водном окружении и, тем самым, особыми физическими свойствами воды. Корреляция кодонов с аминокислотами оказывается продиктованной физикой воды. [c.282]

В пространственном строении белков большое значение имеет характер радикалов (остатков) R в молекулах аминокислот. Неполярные радикалы аминокислот обычно располагаются внутри макромолекулы белка и обусловливают гидрофобные (см. ниже) взаимодействия, полярные радикалы, содержащие ионогенные (образующие ионы) группы, обычно находятся на поверхности макромолекулы белка и характеризуют электростатические (ионные) взаимодействия. Полярные неионогенные радикалы (например, содержащие спиртовые — ОН-группы, амидные группы) могут располагаться как на поверхности, так и внутри белковой молекулы. Они участвуют в образовании водородных связей. [c.11]

Пространственное строение белков [c.82]

Этим занимались в Кавендишской лаборатории в довоенные и послевоенные годы. Усилия Кавендишской лаборатории, руководимой Лоуренсом Брэггом, были сосредоточены иа определении пространственного строения белков. Это и понятно. В те годы все были убеждены, что главная молекула живой природы — молекула белка. В самом деле, ферменты, то есть молекулы, проводящие в клетке всевозможные химические превращения, — это всегда белки. Белок представляет собой главный строительный материал клетки. Не удивительно, что всеобщим было убеждение, что и гены устроены из белка. Казалось несомненным, что путь к разгадке всех тайн жизни лежит через изучение строения белков. [c.16]

Следовательно, структура гена действительно предопределяет биологическую функцию белка, его работу в клетке. И искать смысл кода следует в пространственном строении белка. Иными словами, прежде всего нужно ответить на вопрос о том, как формируется белковая глобула. [c.286]

Заканчивая краткое изложение основ стереохимии полимеров, отметим, что с этими вопросами мы еще встретимся в главе ХИ1 при обсуждении пространственного строения белка. Дополнительный материал можно почерпнуть из опубликованных обзоров . [c.476]

Однако щансов на откровение было мало. Значительная часть рас-суждений о пространственном строении белков и нуклеиновых кислот была пустой болтовней. Хотя работы в этой области велись уже более пятнадцати лет, большинство фактов, если не все, были неубедительными. Иден, выдвигаемые с большим апломбом, обычно принадлежали безответственным кристаллографам, которым очень нравилось, что они работают в такой области, где опровергнуть их не так-то легко. Поэтому, хотя практически никто из биохимиков, включая и Германа, не был способен понять ход рассуждений рентгеноструктурщиков, их это не смущало. Стоило ли изучать сложные математические методы только для того, чтобы копаться в заведомой чепухе В результате никому из моих учителей и в голову не приходило, что я после защиты докторской диссертации захочу работать у кристаллографа. [c.26]

Попов В М, Демин В В, Шибанова ЕД Проблема белка Т 2 Пространственное строение белка. М Наука, 1996 [c.5]

Методы исследования пространственного строения белков и пептидов в растворе. Конформационные состояния белков и пептидов в растворе исследуются различными методами, каждый из которых имеет свои достоинстаа и ограничения. Информацию о вторичной структуре можно получить из ультрафиолетовых спектров поглощения в области ISO — 210 нм как показали исследования регулярных полипептидов (например, полилизина), а-спираль имеет меньшее (гипохромизм), а Р-структура большее (гиперхромизм) поглощение, чем неупорядоченный клубок. В течение долгого времени процентное содержание а-спиральных структур оценивали по кривым дисперсии оптического вращения (уравнение Моф-фита, 1956). В настоящее аремя содержание различных типов аторичных структур определяется из спектров кругового дихроизма (КД) на основе сравнения спектров пептидов и белков с кривыми КД канонических вторичных структур, полученных для регулярных полипептидов (Э. Блоут, 1961) (рис. 64) или выведенных на основе анализа кривых КД ряда белков с установленной пространственной структурой в кристалле. [c.111]

В 1950 г. публикуется исследование Л. Брэгга, Дж. Кендрью и М. Пе-рутца, в котором сообщаются не только вновь полученные авторами данные рентгеноструктурного анализа миоглобина и гемоглобина, но анализируется сложившаяся в кристаллографии белков общая ситуация. Авторы подводят итог предшествующим исследованиям в этой области и в заключении формулируют важную гипотезу о родственном пространственном строении белков, которая представляет собой дальнейшее, подкрепленное новыми наблюдениями развитие взглядов Астбэри и Хаггинса на структурное единство белковых молекул. [c.70]

Таким образом, ближайшие перспективы экспериментального изучения пространственного строения белков, если судить по наметившейся тенденции, будут определяться достижениями в использовании синхротронной радиации. Существенных результатов можно ожидать от совместного применения рентгеноструктурного анализа белков с методами малоуглового рассеяния, криомикроскопии и многочисленными методами молекулярной спектроскопии. Среди последних ценен метод ЯМР, быстро прогрессирующий в последнее десятилетие. Его применение на гетероатомах и использование трехмерной спектроскопии ЯМР привело к упрощению анализа спектров и повышению его информативности в исследовании сложных структур. [c.75]

Так как при статистическом анализе невозможно учесть взаимодействия боковых цепей и определить их конформации, то и нельзя на основе эмпирического подхода прийти к пониманию принципов пространственной организации белковой молекулы. Ведь именно сложнейшая, строго упорядоченная, однако не сводящаяся к регулярной, система взаимодействий боковых цепей специфична для каждого природного аминокислотного порядка, а поэтому только она и ответственна за практически беспредельное многообразие трехмерных структур белковых молекул и их динамических конформационных свойств. Реализующееся пространственное строение белка определяется конкретной аминокислотной последовательностью. В силу уникальности последней ее нативная геометрия непредсказуема на основе среднестатистических характеристик уже изученных белков. Вероятностный подход адекватен синтетическим полипептидам, строение и свойства которых статистичны и описываются равновесной термодинамикой и статистической физикой. Белок же в физиологических условиях однозначно детерминирован как в отношении своих конформационных свойств, так и функции, и должен являться объектом рассмотрения нелинейной неравновесной термодинамики. [c.80]

Во втором томе настоящего издания [132] были обсуждены возмож-йости и перспективы статистического подхода и эмпирических алгоритмов Йредсказания, с помощью которых пытаются решить проблему свертывания белка на основе данных рентгеноструктурного анализа о пространственном строении белков, а-спиральной гипотезы Полинга и Кори, Дрофобной концепции Козмана и стереохимических ограничений. В этой Ьтаве рассматриваются преследующие ту же цель теоретические методы >асчета оптимальных конформаций пептидов и белков, предложенные в онце 1980-х и первой половине 1990-х годов. В настоящее время, поводимому, можно считать общепринятым представление о нативной конформации белка как о термодинамически равновесном состоянии РЗЗ-136]. Впервые оно было постулировано Р. Ламри и Г. Эйрингом в 1954 г. [137], однако больше известно как термодинамическая гипотеза [c.239]

По мнению Васкеса, Немети и Шераги, "... метод приводит к хорошим результатам в расчетах коротких олигопептидов и в очень редких, особых случаях - более сложных в отсутствие дополнительной информации его применение быстро становится неконтролируемым для пептидов из 10 и более аминокислот". Далее они высказывают точку зрения принятую, но в то же время подтверждающую высказанную выше мысль об отсутствии четкого представления о структурной организации молекул пептидов и белков. Авторы пишут "Так как в самой процедуре наращивания цепи дальние взаимодействия не могут быть учтены на ранней стадии, то, следовательно, данная процедура не будет работать, когда эти взаимодействия превалируют над ближними взаимодействиями" [136. С. 2193] Тем самым допускается, что нативные конформации белков могут находиться в напряженном состоянии. Если это так, метод последовательного наращивания полипептидной цепи, как и любой другой, связанный с минимизацией энергии, в принципе бесперспективен для предсказания пространственного строения белков. [c.242]

При оценке значимости совпадения вычисленных и опытных значений двугранных углов нужно иметь в виду то обстоятельство, что по ряду причин они не являются удовлетворительными количественными характеристиками пространственного строения белка, найденного теоретическими экспериментальным путем. Их величины зависят от длин связей и валентных углов молекулы, которые в двух случаях не могли быть идентичны. Так, полученные Дж. Дайзенхофером и У. Стайгеманом [10] при уточнении кристаллической структуры БПТИ по методу Даймонда [13] величины валентных углов С(МС С ) обнаруживают существенный разброс (95-124°), который не может отвечать реальной ситуации. Приведение углов х(ЫС С ) к действительно наблюдаемым у пептидов значениям (интервал 106-114°) неминуемо повлечет изменение найденных в работе [Ю] двугранных углов ф, у. оо основной цепи и Х боковых цепей. В нашем расчете была выбрана иная валентная геометрия белковой цепи, основанная на параметрах Полинга для длин связей [14] и усредненных значениях валентных углов пептидной группы [15]. Другая причина неполной корректности сопоставления структур по двугранным углам связана с точностью их расчета. Небольшие ошибки в значениях отдельных двугранных углов, особенно основной цепи, могут привести к значительному изменению всей структуры. Поскольку в расчете они неизбежны, на первый взгляд представляется даже бесперспективным теоретический кон-формационньп анализ белков. На самом деле такое опасение оказалось сильно преувеличенным. Вследствие высокой конформационной чувствительности потенциальной энергии, уникальности трехмерной структуры белка и большой гибкости пептидной цепи на ряде участков аминокислотной последовательности двугранные углы не являются независимыми друг от друга и отклонения расчетных значений одних углов от их истинных величин в той или иной степени компенсируются отклонениями других. Поэтому допускаемые в определении углов погрешности радикальным образом не сказываются на окончательном результате. Однако при сопоставлении их опытных и теоретических значений трудно оценить, насколько серьезно наблюдаемое численное расхождение между ними. [c.464]

В процессах денатурации и ренатурации аминокислотной последовательности проявляется прямая связь между химическим и пространственным строением молекулы белка. Переход беспорядочно флуктуирующей белковой цепи в детерминированную трехмерную структуру и обратный процесс - переход нативной конформации белка в состояние статистического клубка есть не что иное, как формирование и разрушение тех самых внутриостаточных и межостаточных взаимодействий валентно-йесвязанных атомов, теоретическому рассмотрению и априорному расчету которых были посвящены предшествующие главы книги. Очевидно, изучение механизмов денатурации и ренатурации представляется совершенно необходимым для познания принципов структурной организации белковых макромолекул. С другой стороны, любая теоретическая разработка проблемы пространственного строения белков не может считаться завершенной без описания и аргументированной трактовки особенностей уникального процесса свертывания аминокислотной последовательности в высокоорганизованную структуру. [c.471]

Б. Рост, К. Сандер и Р. Шнейдер видят выход не в поиске новых, альтернативных путей, а в использовании несколько оригинального для науки способа, заключающегося в снижении предъявляемых к решению проблемы предсказания требований [222, 223]. Они предположили, что трехмерная структура белка может быть предсказана, если в банке данных содержится информация о пространственном строении белков с высокогомологичными последовательностями. К этой достаточно очевидной мысли ранее пришли К. Чотиа и А. Леек [224], У. Тейлор и К. Оренго [225] и авторы других работ [226-231]. Однако, на первый взгляд, такой путь не кажется перспективным, так как более, чем у 80% белков, последовательности которых представлены в банке данных А. Байроха и Б. Бекманна [232], трехмерные структуры неизвестны. "Для этих белков, - пишут авторы обзора [223. С. 13],- предсказание [c.518]

Опасение, что пространственное строение белков в кристалличес-f on решетке отличается от строения в растворе возникло давно, еще До расшифровки первых рентгенограмм белковых молекул, Ф, Крик, Дж. Кендрью и М, Перутц в начале 1950-х годов обращали внимание на Существенные различия в свойствах кристаллов белков и низкомолеку-Яярных соединений. Для первых прежде всего характерна высокая степень гидратации, так что приблизительно треть веса белкового кристалла составляет вода. Поскольку природа среды определяет структуру белка, она не должна изменяться при кристаллизации. Это подтверждается экспериментально. По данным ЯМР в белковых кристаллах вода Имеет наряду с гидратной также и "жидкую" фазу. Далее, в кристаллах белков имеется небольшое число контактов между соседними молекулами. [c.537]

Результаты использования эмпирических и экспериментальных методов в исследованиях аспартатных протеиназ, как и аналогичные результаты исследований химотрипсина, трипсина, карбоксипептидазы, лизоцима и других ферментов [108], дают основание заключить, что появление уникальной количественной опытной информации о пространственном строении белков и их комплексов не привело к концептуальному развитию энзимологии и переосмыслению сложившихся представлений о природе биокатализа. Не изменилась также направленность биокаталитическпх исследований, по-прежнему следующих от функции к структуре Это не случайно, поскольку результатом такого подхода может быть лишь знание морфологии белков на атомно-молекулярном уровне, которая сама по себе не является конечной целью изучения элементарных биосистем. [c.546]

Книга 111ульца и Ширмера Принципы структурной организации белков — первая в мировой литературе монография, в которой рассматриваются общие вопросы пространственного строения белков и на этой основе их биологические функции. Основное достоинство книги — широкий охват рассматриваемых вопросов, причем главное внимание направлено на механизм свертывания полипептидной цепи в нативную конформацию белка и на структурно-функциональную зависимость. Обсуждение различных аспектов структурной проблемы белка проведено на высоком профессиональном уровне. [c.6]

Во многих случаях известно только ковалентное или толька пространственное строения белка. Сведения о структуре белка могут включать известную аминокислотную последовательность (ковалент-ную структуру), известную трехмерную (геометрическую) структуру или все эти данные одновременно. В настоящее время известно значительно больше ковалентных структур, чем пространственных. С другой стороны, имеется более десятка геометрических структур, аминокислотные последовательности которых пока еще не установлены [80, 124, 217, 221, 236, 261, 303, 306, 307, 310, 313, 316). Все расшифрованные ковалентные структуры приводятся в Атласе аминокислотных последовательностей и структур белков (20]. Данные об известных пространственных структурах сведены в табл. 5.2. [c.157]

Эта закономерность выражает физический смысл кодового словаря. Преимущество правильных мутаций определяетсл пространственным строением белка в водном окружений и, тем самым, особыми физическими свойствами воды. Таким образом, корреляция кодонов с аминокислотами продиктована физикой воды. Код обладает высокой, хотя и не абсолютной, надежностью по отношению к неправильным мутациям. [c.591]

Реитгеноструктурный анализ сегодня является самым точным и мощным методом расшифровки пространственного строения белков (нередко разрешение достигает 0,15 — 0,2 нм). Основной вклад в разработку рентгеиоструктуриого анализа белков был внесен английской школой кристаллографов (Дж. Бернал, Д. Ходжкин, Дж. Кендрью, М. Перутц, Д. Филлипс и др.). Этим методом к настоящему времени расшифровано строение более 200 белков. Использование новейших методических подходов, наличие современной вычислительной базы позволяет резко сокращать сроки анализа и получать исчерпывающую информацию об упаковке белковой молекулы и ее динамических характеристиках. [c.99]

Заметным событием в истории пептидного синтеза является открытие Г. Лейксом в 1906 г. Ы-карбоксиангидридов аминокислот, легко полимеризующихся с образованием полиаминокислот. Несмотря на то, что полиаминокислоты существенно отличакэтся от обычных пептидов, они сыграли важную роль в качестве модельных соединений в исследовании пространственного строения белков. Значение Ы-карбоксиангидридов резко возросло после 1947 г., когда Р. Вудворд и К. Шрамм показали возможность получения с их помощью сополимеров различных аминокислот. В 1966 г. Р. Хирш-ман использовал М-карбоксиангидриды и для регулируемого синтеза биологически активных белков (см. с. 143). [c.126]

Заканчивая наш краткий обзор пространственного строения белка, укажем на интересную статью Лауча . [c.594]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология