Взаимодействия белков с другими макромолекулами

До сих пор мы рассматривали очень простую картину действия типичного фермента. отдельную молекулу белка в воде. В этом и последующих разделах мы постепенно должны будем отходить от этой простой схемы, так как белок в растворе, и в особенности белок в растворе при физиологических условиях, редко, если вообще когда-либо, бывает один в своей сольватной оболочке, подобно простой органической молекуле [81]. Поверхность белка в целом гидрофильная, весьма разнообразна по природе, в результате чего на ней более или менее прочно связываются все типы лигандов, от маленьких противоионов до других макромолекул. В любой момент времени несколько таких лигандов могут присоединяться или удаляться с поверхности время их пребывания на поверхности зависит от силы связывающих взаимодействий. Эти взаимодействия могут изменяться в щироких преде- [c.503]

Аффинная хроматография (хроматография по сродству). Основана аффинная хроматография на принципе избирательного взаимодействия белков (или других макромолекул) с закрепленными (иммобилизованными) на носителе специфическими веществами-лигандами, которыми могут быть субстраты или коферменты (когда выделяют какой-либо фермент), антигены (или антитела), гормоны или рецепторы и т. д. Благодаря высокой специфичности белков к иммобилизованному лиганду, связанному с носителем (которым заполняют хроматографическую колонку), присоединяется только один какой-либо белок из смеси. Снятие с колонки этого белка осуществляют элюированием буферными смесями с измененным pH или [c.29]

В этой главе мы обсудим некоторые основные характеристики кинетических систем. Многие представления и уравнения, изложенные здесь, используются и в других главах этой книги. Например, в гл. 21, где обсуждаются механизмы укладки полипептидных цепей молекул белка, кинетические аспекты имеют большое значение. В дальнейшем обсуждении большая часть материала будет относиться к ферментативным реакциям, которые с кинетической точки зрения исследованы более подробно по сравнению с любым другим классом биохимических систем. В качестве конкретного примера того, каким образом объединение кинетического и других подходов приводит к пониманию молекулярных основ взаимодействия лигандов с макромолекулами, обсуждается рибонуклеаза А как наиболее детально исследованный белок. [c.41]

Для понимания ферментативной активности необходимо рассмотреть конформационное поведение макромолекулы белка. Конформационная лабильность белка обеспечивает возможность его специфического взаимодействия с субстратами и другими лигандами. В некоторых конформациях белок более эффективно связывает субстрат. Одновременно происходит отбор конформаций субстрата. В ФСК отбираются те конформации белка и субстрата, которые находятся в структурном соответствии друг с другом, обеспечивающем оптимальное значение свободной энергии взаимодействия. При образовании ФСК происходит взаимная подгонка конформаций белка и субстрата, т. е. их специфический отбор. Посредством конформационных превращений реализуется структурное соответствие фермента и субстрата. [c.189]

При выработке иммунного ответа клеточные рецепторы реагируют на углеводные детерминанты макромолекулы антигена. Обратным примером может служить взаимодействие клеток с макромолекулами холерного токсина. Последний представляет собой белок, в состав которого входят две высокомолекулярные пептидные субъединицы. Одна из них ответственна за первичное взаимодействие с клетками организма-хозяина, а другая — за токсический эффект. Было установлено, что рецептором на поверхности клеток, осуществляющим узнавание молекулы токсина и связывание с ним, является гликолиПид — ган-глиозид Gmi, в молекуле которого к липидной части присоединен олигосахаридный фрагмент, содержащий остаток сиаловой кислоты. После присоединения токсина к ган-глиозиду от первого отщепляется токсическая субъединица, под дейстием чего происходит ряд изменений в активности ферментов клетки, в первую очередь активация адени-лат-циклазы, а это в конечном итоге приводит к крупным нарушениям клеточного метаболизма и гибели клетки. [c.158]

Электростатическое взаимодействие между белком и ионитом определяется количеством заряженных групп белка, его суммарным зарядом, дипольным моментом, ориентацией макромолекулы на поверхности сорбента, зарядом сорбента и другими факторами. Так как эти факторы для отдельных белков различны, то у них разная сорбируемость, на чем и основано их разделение. Сорбируемость белков наибольшая в бессолевой среде или в разбавленных буферных растворах. В присутствии солей сорбируемость снижается, ионы соли вытесняют ион белка или, взаимодействуя с ним, изменяют его электрический заряд. Интервал концентрации нейтральной соли, например ЫаС), в котором сорбируемость данного белка изменяется от минимальной до максимальной, называется интервалом перехода. Каждый белок [c.124]

Для растворенных веществ несложной структуры можно ожидать изменений в проявляемой ими тенденции удаляться из раствора или изменений коэффициентов активности под действием одновременно присутствующих в растворе веществ, влияющих на их растворимость летучесть и реакционную способность. Взаимодействия между макромолекулами в растворе, напротив, часто обратимо (и необратимо) влияют на структуру, что проявляется, например, в утрате активности при денатурации ферментов и изменениях точек плавления гелей. В равновесии кроме твердой фазы могут участвовать следующие типы частиц в растворе нативные макромолекулы, олигомерные или полимерные агрегаты, денатурированные макромолекулы. На рис. 1. 19 показаны структурные соотношения между этими типами частиц. К, е-т к пониманию наблюдаемого влияния солей и других растворенных веществ па эти равновесия состоит в том, что в каждом из состояний, изображенных на рис. 1.19, для растворителя доступны в различной степени те или иные группы молекул [253, 287, 351]. Хорошо известно, что конформации, которые макромолекулы,принимают в растворе, определяются стремлением к сближению всех гидрофобных групп между собой и к обеспечению доступа растворителя к гидрофильным группам [338]. В целом степень доступности молекулы для растворителя возрастает в ряду твердый белок < агрегированный или полимерный белок < нативный мономерный белок < денатурированный белок [287]. Однако, по-видимому, в каждом из этих случаев для растворителя оказываются доступными различные совокупности полярных и неполярных групп, причем степень доступности и состав групп зависят от природы макромолекулы. Влияние растворенных веществ на денатурацию, высаливание, деполимеризацию и т.д. можно объяснить, если учесть взаимодействия разных индивидуальных групп (заряженных, неполярных, полярных) [2871. [c.138]

Макромолекулы можно рассматривать как своего рода молекулярные машины, служащие для преобразования одного вида энергии в другой, как это следует из концепции белок — машина (Д. С. Чернавский, Л. А. Блюменфельд). Характерной чертой таких машин является трансформация различных видов энергии в результате взаимодействий в пределах одной макромолекулы. Так, функционирование реакционного центра фотосинтеза сопровождается конформационными изменениями его макромолекулярных компонентов — дает начало цепи переходов энергии электронного возбуждения в энергию разделенных зарядов и энергию поляризации белковой части, а также в энергию трансмембранного электрохимического потенциала и энергию химических связей АТФ. Таким образом, уже на макромолеку- [c.11]

Образование высокомолекулярных конъюгатов, содержащих много молекул белка и полимера-носителя, нежелательно, так как они могут быть токсичны, быстро поглощаются ретикуло-эндотелиальной системой, а белок (фермент) в них труднодоступен для высокомолекулярных субстратов. Возможно также появление у таких конъюгатов антигенной специфичности. Существующие методы позволяют в определенной мере контролировать процесс сшивания макромолекул полимера-носителя с белком и друг с другом путем изменения концентрации взаимодействующих групп, дезактивации непрореагировавших групп полимера-носителя после реакции с белком, использования для связывания белка таких его функциональных групп, которых [c.160]

Из конформационной лабильности макромолекулы белка следует специфическое взаимодействие фермента с субстратом и другими лигандами. Возможно, что в некоторых конформациях белок более эффективно связывает субстрат, чем в других. При связывании может происходить отбор конформаций субстрата. Каруш объяснил способность альбумина плазмы связывать различные вещества конфигурационной адаитабильностью этого белка [63]. [c.387]

Хотя присутствие воды в живых организмах делает весьма спорной важность вклада Н-связей в формирование структуры биологических молекул, вместе с тем водой обусловлена связь другого типа — гидрофобная [6]. Гидрофобная связь играет исключительно важную роль, поскольку именно она в значительной мере определяет те реальные формы, которые принимают биологические макромолекулы. Известно, что углеводороды (например, масла) и вода не смешиваются. Некоторые боковые группы белков (см. рис. 1.5) имеют углеводороднуЕО природу. Если молекула примет форму, при которой углеводородные боковые цепи будут вынуждены контактировать с водой, то в результате взаимодействия воды и углеводородов может появиться некая устойчивая конфигурация, однако энергия такой конфигурации не будет минимальной. Обычно же в силу термодинамических причин (см. гл. 2) наиболее предпочтительна именно та конфигурация, которой соответствует минимальная энергия. Все проблемы, связанные с энергией, исчезли бы, если бы белок можно было уложить так, чтобы его углеводородные группы не контактировали с водой. Что касается глобулярных белков, все возрастающее количество экспериментальных данных свидетельствует в пользу эллиптической модели для них, в которой ионные и полярные группы находятся на поверх-носта глобулы, а алкильные боковые цепи уходят внутрь, в противоположную от окружающей воды сторону. Все основные типы связей, участвующих в формировании структуры белковых [c.24]

Ионообменную хроматографию белков [20] выполняют на ионообменниках, имеющих гидрофильную матрицу, например на целлюлозе и декстране. Анионообменники, особенно ОЕАЕ-целлюлозу и ОЕАЕ-сефадекс, используют чаще, чем катионооб-менники типа СМ-целлюлозы. Ионообменники на основе целлюлозы имеют открытую сетчатую структуру с ионизованными центрами, легкодоступными для белков. Число ионных связей, образующихся между обменником и белком, зависит не только от используемого материала, но также в большой степени от pH и ионной силы буфера. Эти ионные пары постоянно диссоциируют и образуются вновь, так как ионы элюента конкурируют за центры обмена. Обменники, пригодные для фракционирования белков, имеют низкую плотность зарядов, поэтому число ионных связей между ионитом и отдельными молекулами белка не столь велико, чтобы вообще воспрепятствовать продвижению последних вдоль колонки. Хотя ионные связи постоянно диссоциируют и образуются вновь, в начале хроматографирования белок связывается с ионообменником и не элюируется с колонки. Однако когда концентрация небольших конкурирующих ионов буфера возрастает до такого уровня, что все связи одновременно разрываются, белок начинает двигаться вниз по колонке. Если в процессе разделения используют градиент ионной силы, белок, перемещающийся в стартовой зоне медленнее, чем буфер, элюируется им при увеличении концентрации ионов. Таким образом, элюирующая способность буферного раствора постоянно увеличивается и макромолекула перемещается все быстрее и быстрее. Скорость ее перемещения становится сравнимой со скоростью движения жидкости, когда в элюенте достигается такая концентрация соли, которая эффективно препятствует взаимодействию молекулы белка с обменником. Важное значение в каждом отдельном случае имеет профиль градиента чтобы увеличить разрешение пиков в определенных участках хроматограммы, используемый градиент должен быть сравнительно пологим, но в то же время достаточно крутым в других участках, чтобы избежать уширения пиков. [c.108]

Когда два белка находятся в растворе при pH, лежащем между их изоэлектрическими точками, один компонент несет положительный, а другой — отрицательный заряды и таким образом они стремятся осадить друг друга. Уже давно было признано, что это явление налагает ограничения на любой метод фракционирования белков. Были разработаны специальные методы, использующие такие взаимодействия для выделения группы белков из сложных смесей. Эти группы могут быть подвергнуты дальнейшему разделению путем повторного фракционирования с использованием э.тектролитов большей ионной силы или в присутствии биполярных ионов, т. е. в условиях, при которых взаимодействия между макромолекулами растворенного вещества сводятся к минимуму [197]. В другом методе разделения белков в межизоэлектрической области используется синтетическая полимерная кислота, которая вытесняет анионные компоненты из комплекса с катионным белком [198, 199]. Соотношение между растворимостями в системе, содержащей полимерную кислоту и белок ниже их изоэлектрической точк11, иллюстрируется на примере системы иолимета-криловая кислота — альбумин бычьей сыворотки (рис. 18). Следует отметить, что избыток полимерной кислоты приводит к повторному растворению осадка, появление которого указывает на образование отрицательно заряженных комплексов. Кривые растворимости не зависят от длины цепи [c.82]

Ясно, что прорастапие зооспоры связано с очень сложными морфологическими изменениями — распадом старых органелл клетки и сборкой новых, совершенно меняюш их форму и функцию клетки. Почти все преобразования такого рода сопровождаются коренными изменениями синтеза макромолекул, в особенности РНК и белка. Одпако зооспора у Blasto ladiella может нормально прорастать при полном отсутствии синтеза РПК и белка, и это, по-видимому, связано с перераспределением предсуществующих ве-ш еств. Таким образом, нельзя все события развития объяснять только по обш еизвестпой схеме на матрице ДНК синтезировалась РНК, а на пей белок всякий раз следует изучить, как взаимодействуют белки и другие клеточные компоненты после их синтеза. [c.120]

С помощью современных систем исследования белок-белковых взаимодействий in vivo даже у одноклеточных организмов выявлены гигантские сети взаимодействующих белков, в организа-Щ1Ю которых вовлечены тысячи макромолекул [167]. Организа-Щ1Я цитоплазмы на молекулярном уровне создает условия для строгого упорядочивания метаболических процессов и их глобальной регуляции. Наиболее сильные взаимодействия такого рода удается наблюдать путем экспериментальной очистки и изучения многофункциональных ферментных комплексов и белковых систем. В подобных комплексах имеет место строгая пространственная упорядоченность каталитических субъединиц, которая обеспечивает определенную последовательность протекания ферментативных реакций путем канализированной передачи промежуточных продуктов метаболизма от одного активного центра к другому, что значительно повышает эффективность этих процессов. [c.376]

Во многих случаях показано, что увеличение размеров макромолекул белков путем сшивания повышает их биологическую активность. Так, сшивание агглютинина бобов сои в высокомолекулярный полибелок глутаровым диальдегидом вызывает 100—200-кратное увеличение гемагглютинирующей активности на эритроцитах человека [142]. Митогенная активность одного из гемагглютининов оказалась в несколько раз выше для тетрамерных макромолекул, чем для димерных [143]. По-лимеризованный глутаровым диальдегидом антиген Е пыльцы крестовника более антигенен, чем мономерный белок [144]. Сродство протаминов, имеющих поликатионный характер, к клеточной поверхности повышается при их полимеризации с помощью водорастворимого карбодиимида [145]. Параллельно этому растет и противоопухолевая активность, что вообще характерно для поликатионов. Для других ферментов, например для урокиназы, при гомо- или гетероолигомеризации сохраняется до 100 % каталитической активности в широком интервале молекулярных масс [146]. С ростом М увеличивается стабильность конъюгатов урокиназы, которые длительно циркулируют в кровяном русле и более активны при лечении кровоизлияний у животных, чем исходный фермент. Образование конъюгатов, которые имеют большое число детерминантных групп и способны к множественному взаимодействию с поверхностью клетки, может приводить к увеличению их захвата клетками разных типов. Это показано на примерах сшитой рибонуклеазы [147] и сшитых антител [148]. [c.201]

В практикуме по структуре и функции мембран дается краткий обзор большинства методов. Кроме того, предлагаются лабораторные работы, с помощью которых можно решить много важных вопросов из каких компонентов состоят биологические мембраны какие существуют модели биологических мембран каковы структурные особенности макромолекул и макромолекулярных комплексов какова роль белок-липидных, белок-углеводных, липид-уг-леводных и других взаимодействий где расположены отдельные молекулы в мембране как протекают реакции с участием мембранно-связанных ферментов как трансформируется энергия биологическими мембранами, и др. [c.8]

После прекращения воздействия возобновление активной жизнедеятельности (переключение клетки из стресса в основное гомеостатическое состояние) сопровождается восстановлением клеточного цикла, синтеза белка и "забыванием" других последствий пребывания в стрессе. При сохранении экстремальных условий адаптация немыслима без выхода клетки из состояния стресса и соответствующей моди] ации белок-липидных мембранных комплексов. Возобновление синтеза белка в новых условиях, по-видимому, приводит к появлению в клетке полипептидов с измененными физико-химическими характеристиками (pH и температурный оптимум, гидрофильность и др.) и изоферментов. Этот факт отмечен при закаливании растений к высоким и низким температурам. Щ)ичем изменения в электрофоретических спектрах растворимых белков отмечают позже, чем возрастет устойчивость растительного организма. Нам представляется, что во время стресса, когда синтез основных белков выключен, в репарации нарушенных белковых структур протоплазмы должен превалировать механизм их ренативации. Для этого в живой клетке существуют специальные ферментные системы (изомеразы белковых ди-суль ов, тиоредоксин) и белки-шапероны, стабилизирующие частично развернутые макромолекулы и препятствующие их необратимым внутри- и межмолекулярным взаимодействиям (ОегМлв, ЗатЬгоок, 1992). [c.121]