Брандтса

Имеется еще одно возражение против гипотезы о расплавленной глобуле, использующейся вместе с аппаратом равновесной термодинамики и формальной кинетики для объяснения экспериментальных фактов. Конкретной теоретической основой интерпретации данных о денатурации служит термодинамическая теория двух состояний Брандтса [12, 13]. Как уже отмечалось, белковая молекула в растворе, согласно этой теории, может быть представлена большим количеством микросостояний. Все они входят в состав либо распределения N (нативное макросостояние белка), либо О (денатурированное макросостояние). Теория Брандтса сделала возможным относительно простой термодинамический анализ конформа-ционного перехода N — О в предположении, что реализующиеся микросостояния не являются чем-то вновь созданным, а присутствуют в распределении N и О. Это означает, что в теории постулируется отнюдь не очевидное положение об отсутствии новых промежуточных конформационных состояний в области перехода N - О. Следовательно, главный критерий справедливости теории двух состояний Брандтса состоит в требовании отсутствия максимумов, минимумов и потенциальных ям в наблюдаемых изменениях энтальпии и энтропии при переходе от О к N (и наоборот). Иными словами, если образование трехмерной структуры белка происходит, как того требует теория двух состояний, путем постоянного усложнения и приближения к нативному состоянию, то изменения энтальпии, энтропии и свободной энергии по ходу ренатурации должны быть монотонными. Отсутствие экстремумов означает отсутствие между нативной структурой и статистическим клубком метастабильных промежуточных состояний. Механизм сборки белка проходит в этом случае в одну стадию. А теперь обратимся вновь к обсуждаемой гипотезе о расплавленной глобуле в которой постулируется образование на пути к нативной структуре близкое к ней промежуточное состояние. При существовании достаточно устойчивых обнаруживаемых экспериментально интермедиатов зависимости изменений энтальпии, энтропии и свободной [c.85]

I последующие модели с Такетоми [57-59] и Абе [60], находится, таким разом, в полном согласии с термодинамической теорией двух состояний Щж. Брандтса [62-64]. [c.493]

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]

Изложенные теоретические соображения в общем согласуются с опытом (см., например, [133]). Многочисленные экспериментальные данные, относящиеся к денатурации, приведены в монографии Жоли [132], а также в обзорах Тенфорда [130] и Брандтса [107], в которых содержится и теоретический анализ. [c.248]

В связи с температурными эффектами следует помнить ю двух особенностях гидрофобных взаимодействий. Во-первых, подобно другим слабым связям или взаимодействиям, они легко могут быть разорваны под влиянием той тепловой энергии, которая обычно имеется в биологических системах. Во-вторых, в от- личие от слабых связей других типов гидрофобные взаимодей- ствия более эффективны при температурах порядка 25 °С, чем около О °С (если читатель интересуется причинами этого, ему следует познакомиться со статьей Дж. Брандтса, указанной в списке литературы). [c.218]

Работы Фишера, Тэнфорда и Брандтса имеют феноменологический характер и основываются на представлении об определяющей роли гидрофобных взаимодействий. Однако подобный подход исключает рассмотрение структур конкретных белков и не содержит анализа Многих других факторов, ответственных за пространственную организацию молекул. [c.241]

Рассмотренные модели белкового свертывания содержат ряд общих черт принципиального порядка, наличие которых совершенно неизбежно при изучении явления методами статистической физики и равновесной термодинамики. Во всех модельных описаниях динамики белковой цепи предполагают равновесность и двухфазность процесса, т.е. основываются на теории двух состояний Брандтса [214] (подробно см. гл. 11). В подтверждение этому обычно ссылаются на работы 1960-х и начала 1970-х годов, посвященные экспериментальному исследованию механизма денатурации малых белков. Однако единство моделей в этом отношении отнюдь не следует из существования однозначной трактовки результатов эксперимента. Напротив, большая часть опытных данных, особенно полученная позднее, свидетельствует о более сложном характере процесса. Дело в том, что предположение о двухфазном равновесном механизме свертывания белковой цепи становится неизбежным при выборе чисто статистического, феноменологического подхода, не учитывающего конкретную гетерогенность аминокислотной последовательности и обусловленную ею конформационную специфику. Кроме того, представление белкового свертывания в виде монотонного увеличения популяции одного оптимального состояния при одновременном, точно таком же уменьшении популяции другого оптимального состояния и при отсутствии видимого количества промежуточного метастабильного состояния накладывает существенное ограничение на предполагаемую динамику процесса и упрощает его рассмотрение. В этом простейшем варианте свертывания белковой цепи профиль популяции ( У) выражается зависимостью свободной энергии от степени упорядоченности, имеющей больцмановский вид 1п . Другая общая черта касается представления о нативной конформации белковой молекулы. Во всех моделях важнейшей характеристикой упорядоченного состояния белка считается глобулярность его пространственной организации. Под глобулой подразумевается структура, удовлетворяющая следующим двум условиям. Во-первых, размер глобулы значительно превышает эффективное расстояние действия сил, ее формирующих. Это условие позволяет выразить свободную энергию глобулы через ее объем и поверхность. Во-вторых, глобула предполагается структурно гомогенной, что избавляет от учета гетерогенности белковой цепи и неравномерности упаковки аминокислотных остатков в нативной конформации. [c.301]

Первой теоретической трактовкой экспериментальных данных о денатурации белков явилась разработанная Дж. Брандтсом в 1964 г. термодинамическая теория двух состояний [35]. Согласно этой теории, белковая молекула в растворе представлена целым рядом (в общем случае неограниченным) микросостояний. Все они входят в состав либо распределения N (нативное макросостояние белка), либо D (денатурированное макросостояние). Состояния N и D характеризуются усредненным по всем макросостояниям параметром а, являющимся количественным выражением различных физических или химических свойств белка. На рис. III. 1 приведено графическое изображение процесса тепловой денатурации белка, отвечающего переходу между двумя состояниями и, следовательно, описывающегося теорией Брандтса. Энергетическая шкала охватывает всю систему белок—растворитель. Теория Брандтса сделала возможным относительно простой термодинамический анализ конформационного перехода N D. Используя экспе- [c.348]

Денатурационная теория белков Брандтса, как отмечалось, основана на идее наличия двух состояний, каждое из которых представлено определенным распределением своих микросостояний. Теория позволяет предсказать свойства макросостояний в области перехода в предположении, что микросостояния, реализующиеся в этой области, не являются чем-то вновь созданным, а присутствуют в распределении N и В. В теории постулируется отнюдь не очевидное положение об отсутствии новых промежуточных конформационных состояний в области перехода. В связи с этим в каждом конкретном случае требуется критическое отношение к возможности описания процесса денатурации с помощью теории двух состояний. В общем случае, когда переход не отвечает схеме двух состояний, не должно быть совпадения значений изменения энтальпии (ДН ), рассчитанной, согласно Вант-Гоффу, по температур- [c.349]

Хотя многие данные о денатурации различных белков как будто бы не противоречат теории Брандтса и модели двух состояний, тем не менее это приближение нельзя считать заведомо удовлетворительным при исследовании новых объектов. Не следует также переоценивать значения совпадений экспериментальных и расчетных термодинамических параметров. Нужно не забывать, что подход Брандтса является термодинамическим и, следовательно, феноменологическим и, как таковой, не может дать на основе статистических характеристик деталь- [c.350]

Известны случаи прямого, вполне очевидного несоответствия процесса денатурации двухстадийному приближению. Это проявляется, например, у карбоангидразы при ее денатурации гуанидингидрохлори-дом в различном характере экспериментальных кривых и типичных для двухстадийного процесса зависимостей [41]. У стафилококковой пени-циллиназы отклонения от модели Брандтса обнаруживаются в несовпадении характера изменений при денатурации различных физических параметров. Так, если судить по вязкости и УФ-поглощению, белок совершает свой единственный конформационный переход и полностью денатурирует при 0,5 М гуанидингидрохлорида, а согласно спектрам дисперсии оптического вращения (ДОВ), первые конформационные изменения происходят только при 1,5 М концентрации того же денатуранта. Проводившие эти исследования Б. Робсон и Р. Пейн сделали вывод, что в интервале концентраций 0,5—1,5 М гуанидингидрохлорида в растворе существует в заметном количестве третье промежуточное конформационное состояние белка [42]. [c.351]

В первых кинетических исследованиях денатурации белков в 1968 г. Ф. Поул [47] и К. Тэнфорд [23, 48] не обнаружили промежуточных продуктов кинетика процесса полностью отвечала переходу между двумя состояниями в соответствии с теорией Дж. Брандтса. Более сложное кинетическое поведение белков при денатурации удалось наблюдать в 1971 г. А. Икай и К. Тэнфорду при изучении скорости свертывания и развертывания полипептидных цепей лизоцима и цитохрома с с использованием техники стоп-флоу и УФ-спектроскопии [49]. Полученные зависимости интенсивности поглощения (у) от времени для двух белков приведены на рис. III.3. Кривые прямого и обратного процессов у лизоцима (рис. Ш.3,а) симметричны относительно Уравн, и соответствуют приведенному выше уравнению реакции первого порядка. Кривые же цитохрома с (рис. 111.3,6) не отвечают теории двух- [c.352]

Эта формула сложнее формулы процесса денатурации цитохрома с по Икай и Тэнфорду [49]. Однако принципиальных противоречий между ними нет. Обе они не согласуются с теорией Брандтса, рассматривающей два состояния. [c.354]