Методы исследования структуры биополимеров

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ БИОПОЛИМЕРОВ [c.130]

Прежде чем продолжить рассмотрение белков, остановимся на методах исследования структуры биополимеров. [c.130]

Биоорганическая химия, ставшая сейчас столь быстро развивающейся перспективной областью физико-химической биологии, занимается исследованием структуры и функции биологически важных соединений методами органической химии. Ее объектами являются и биополимеры, и низкомолекулярные биорегуляторы поэтому поле деятельности этой пауки исключительно широко. Однако пропикновение строгих представлений и методов органической химии в область, изучающую различные системы клетки и различные уровни ее структурной организации, неодинаково как с качественной, так и с количественной точки зрения если среди низкомолекулярных биорегуляторов, часто называемых просто природными соединениями, позиции биоорганической химии прочны и действенны, то при исследовании биополимеров [c.5]

Том 2 МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ И ФУНКЦИИ БИОПОЛИМЕРОВ [c.5]

Крайне существенным было бы распространение физико-химических методов исследования на более сложные соединения, по крайней мере на низшие олигосахариды, получаемые в качестве фрагментов при установлении строения полисахаридных цепей биополимеров. Использование для этой цели масс-спектрометрии, по-видимому, позволит сделать очень серьезный шаг вперед в анализе сложных полисахаридных структур. [c.627]

Исследование структуры биополимеров в кристаллическом виде при низких температурах зачастую связано с большими трудностями. Замораживание одиночных кристаллов белков представляет большую проблему, так как расширение кристаллизационной воды во время фазового перехода вода—лед, как правило, разрушает кристалл. Чтобы избежать разрушения кристалла, авторы работы [664] предложили метод замораживания кристаллов мио-глобина кашалота при гидростатическом давлении в 250 МПа. Метод основан на том, что при давлениях 210—350 МПа лед существует в фазовых состояниях как лед III и лед IX. Переход воды в лед III сопровождается уменьшением объема, а не увеличением, как это имеет место при образовании обычного льда I, если замораживание проводится при атмосферном давлении. [c.245]

Книга посвящена применению одного из наиболее эффективных оптических методов исследования— ИК-спектроскопии для изз чения структуры линейных полимеров —природных и синтетических. Знание пространственной структуры биополимеров необходимо для выяснения их биологической активности, а в случае синтетических полимеров помогает решению задачи получения полимеров с заранее заданными свойствами. [c.408]

Поэтому не исключено, что для понимания химических основ функционирования углеводсодержащих биополимеров в живых системах важны скорее несколько огрубленные, усредненные сведения о структуре, т. е. именно те, которые получаются при использовании современных методов исследования этих объектов. С другой стороны, для изучения микрогетерогенности как явления, понимания его биологического смысла и биосинтетических причин как раз важным кажется именно прецизионное, особо точное определение строения отдельных компонентов тех сложных смесей, какими являются такие биополимеры. Так что в столь сложном вопросе, как стратегия структурных исследований полисахаридов, оба, казалось бы взаимоисключающих, ответа на вопрос о целесообразной точности и глубине проникновения в материал оказываются правильными. [c.110]

В заключение следует подчеркнуть, что совершенствование методов изучения структуры полисахаридов приобрело особое значение в самые последние годы, когда выяснилась исключительно важная биологическая роль смешанных углеводсодержащих биополимеров, при установлении строения которых возникает ряд дополнительных трудностей. Для разрешения этой проблемы необходима разработка методов избирательных расщеплений, позволяющих выделить как полисахаридные и белковые или липидные участки молекулы в отдельности, так и фрагменты, содержащие узлы связи между этими участками. С другой стороны, уже известные методы изучения полисахаридных структур нуждаются в модификации для непосредственного исследования углеводных цепей смешанных биополимеров. [c.635]

Гл. 7, посвященная методам исследования биополимеров, существенно расширена за счет изложения экспериментальных подходов и попыткой ознакомить читателя с некоторыми теоретическими (етодами анализа структуры и динамики биополимеров. [c.7]

Квалифицированное использование этих средств анализа позволяет существенно повысить эффективность научных исследований в области молекулярной биологии, биотехнологии и некоторых разделов медицины. В то же время, несмотря на широкое распространение компьютерных методов в молекулярной биологии, ощущается существенный недостаток литературы, освещающей широкому пользователю основные научные принципы, на которых построены прикладные программы анализа структур биополимеров. [c.10]

По существу все примеры, которые будут рассмотрены в последующих главах, основываются на исследовании чистых нуклеиновых кислот или белков. Эти биологические молекулы изучены к настоящему времени наиболее полно, поэтому на их примере удобнее всего показать, как существующие принципы и методы применяются для исследования структуры и функции биополимеров. [c.195]

Электрофорез занимает сейчас центральное место среди методов исследования белков и нуклеиновых кислот. В современной научной литературе редко можно встретить статью, в которой бы на той или иной стадии фракционирования или характеристики этих биополимеров не был использован электрофорез. Метод позволяет разделять макромолекулы, различающиеся по таким важнейшим параметрам, как размеры (или молекулярная масса), пространственная конфигурация, вторичная структура и электрический заряд, причем эти параметры могут выступать как порознь, так и в совокупности. [c.3]

В этой главе собраны работы, посвященные исследованию физических свойств воды в различных модельных и природных дисперсных системах, а также вблизи активных групп макромолекул и биополимеров. Сопоставление данных, полученных разными методами и для разных объектов, приводит к общему выводу об отличиях свойств воды в граничных слоях от ее свойств в объеме. Характер этих изменений существенным образом зависит от природы воздействующих на воду групп и поверхностей. Наиболее сильное влияние на структуру воды оказывают заряженные центры и полярные группы, способные к образованию водородных связей с молекулами воды. При этом оказываются важными эпитаксиальные эффекты — число и характер расположения активных центров на твердой поверхности. [c.6]

При всей тщательности проведенных исследований [302] химические методы в приложении к такому сложнейшему биополимеру, как лигнин, имеют определенные недостатки, связанные с неполной степенью конверсии из-за стерическои недоступности некоторых функциональных групп К тому же полученные брут-то-характеристики часто не дают истинной картины изменения химической структуры лигнина из-за имеющихся в препарате примесей или структурных звеньев, отличных по строению от звеньев 5, С, Н Расчет же количества структурных элементов на априорно заданную ФПЕ приводит к еще более искаженным результатам, противоречащим истинному соотношению ароматическое кольцо структурный элемент Поэтому была предпринята попытка ответить на вопрос действительно ли отличаются по химическому составу и строению фракции макромолекулы лигнина с различными Л/ , и Л/ или их структуры усреднены, если они отличаются, то необходимо оценить эти различия методами количественной спектроскопии ЯМР н и С Объектом исследования служил описанный выше фракционированный по ММ препарат ДЗС [327] [c.151]

На каркасе дисциплин вырастает большая совощтность исследовательских областей, часть из к-рых входит в ту или иную дисциплину (напр., X. элементоорг. соед.- часть орг. X.), другие носят многодисциплинарный характер, т. е. требуют объединения в одном исследовании ученых из разных дисциплин (напр., исследование структуры биополимеров с использованием комплекса сложных методов). Третьи являются междисциплинарными, т. е. требуют подготовки специалиста нового профиля (напр., X. нервного импульса). [c.259]

Таким образом, спектроскопия ЯМР на ядрах "С позволяет не только определять природу, тип связи, конфигурацию гликозидных связей и количественное содержание моносахаридных остатков, входящих в состав биополимера, т. е. решать задачу мономерного анализа, но и устанавливать ближний порядок в расположении этих остатков в цепи, т. е. получать информацию, извлекаемую обычно из методов фрагментации. Принципиально важно, что такой анализ является неразрушающим. Поэтому весь полисахарид, использованный для съемки спектра, возвращается к исследователю в неизмененном виде. В свете сказанного можно полагать, что в ближайшем будущем этот метод исследования станет одним из ведущих для изучения полисахаридных структур и заставит классиче- [c.100]

В биологических системах фигурируют одномерные, двумерные и трехмерные кооперативные системы, содержащие большое число статистических элементов. Это соответственно макромолекулы биополимеров (белков и нуклеиновых кислот), надмолекулярные мембранные структуры и т. д. Глобулы белков в растворах и в надмолекулярных структурах могут рассматриваться как трехмерные кооперативные системы. Физические свойства указанных структур кооперативны, т. е. они существенным образом зависят от взаимодействия элементов. Кооперативность— принципиальная особенность молекулйрно-биологи-ческих систем, определяющая широкий круг явлений (см. [43]). Методы исследования кооперативных процессов имеют большое значение в теоретической биофизике. [c.44]

Единственным методом, который позволяет определить пространственные координаты большинства атомов биополимера (как правило, всех, кроме атомов водорода), является рентгеноструктурный анализ. Он применим к тем биополимерам, которые могут быть получены в виде кристаллов достаточно большого размера, по крайней мере несколько десятых долей миллиметра. Для биополимеров, имеющих вытянутую периодическую пространственную структуру, например для двунитевых спиральных структур нуклеи1швых кислот, геометрические параметры, описывающие основные элементы структуры, могут быть получены исследованием дифракции рентгеновских лучей на ориентированных нитях этих биополимеров. Именно такие данные, полученные для нитей ДНК английскими учеными Уилкинсоном и Розалинд Франклин, позволили Уотсону и Крику предложить пространственную структуру ДНК в виде двойной спирали. Возможность получения белка, нуклеиновой кислоты или их комплекса в виде кристалла достаточно высокого качества является основным ограничением на пути исследования пространственной структуры биополимеров. Одним из факторов, осложняющих кристаллизацию, является неизбежное возникновение конвекционных токов. В связи с этим определенные надежды на улучшение процедур кристаллизации возлагаются на выращивание кристаллов в условиях невесомости на орбитальных космических станциях. [c.309]

Никакие физические методы сами по себе не были бы в состоянии раскрыть структуру сложных молекул без химических исследований. Напротив, химия установила детальное строение сложнейщих биоорганических веществ — стероидов, порфирино-вых соединений, гормонов и т. д. Химические и физико-химические методы являются определяющими в раскрытии структуры биополимеров —белков и нуклеиновых кислот. [c.54]

Развитие методов исследования строения олигосахаридов было вызвано потребностями не только химии, но и смежных дисциплин. Многие олигосахариды встречаются в свободном состоянии в живых организмах, и их изучение важно в биологическом плане. Среди природных гликозидов имеется несколько групп биологически важных соединений, молекулы которых содержат олигосахаридные цепи. Наконец, и это самое важное, одним из методов установления строения полисахаридов является расщепление молекул этих соединений до олнгосахаридов и изучение строения последних, что позволяет делать заключения о структуре исходного биополимера. [c.430]

Полный гидролиз групповых веществ крови показывает, что в их состав входит около 80—85% углеводов (галактоза, фукоза, N-ацетилглюкозамин и N-ацетилгалактозамин) и около 15—20% аминокислот, из которых пролин, треонин и серин составляют более половины. В некоторых образцах групповых веществ, в частности в групповых веществах из жидкости кисты, содержатся также N-ацетилнейраминовая кислота, которая, очевидно, в этом случае заменяет часть остатков фукозы. Групповые вещества различного типа А, В, Н я т. д.) очень мало отличаются друг от друга по составу, хотя некоторые детали все же можно отметить так, например, в групповом веществе Le содержание фукозы заметно понижено. В настоящее время установлено, что специфичность групповых веществ зависит от находящихся на периферии молекулы олигосахаридных цепей, которые являются иммунологическими детерминантами (см. ниже). Однако в целом структура групповых веществ, несмотря на значительное число исследований, остается неясной. При действии разбавленных кислот и оснований (щелочь, сода, гидроксиламин) групповые вещества отщепляют значительную часть углеводов Пептидная часть биополимера, напротив, отличается стойкостью и только в незначительной степени распадается под действием папаина и фицина . Эти данные позволяют отнести групповые вещества к гликопептидам типа III, в которых центральная пептидная цепь окружена присоединенными к ней олигосахаридными цепями , что было экспериментально подтверждено в самое последнее время полукинетическим методом исследования (см. стр. 569). При изучении хода гидролиза группового вещества А разбавленными кислотами и щелочами оказалось, что отщепляются лишь мелкие углеводные фрагменты, в то время как все аминокислоты остаются в высокомолекулярной части. Лишь в жестких условиях гидролиза, когда распаду подвергаются и пептидные связи, а также при избирательной деструкции пептидных связей высокомолекулярный фрагмент начинает дробиться и в гидролизате появляются аминокислоты. Подобная картина гидролиза может наблюдаться только в том случае, если пептидная часть составляет основу гликопротеина (тип III). [c.581]

В настоящее время исследована в химическом отношении лишь ничтожная часть приблизительно 1 280 ООО известных видов животных и растений. Совершенно неисследо-ваны даже многие классы, важные с точки зрения эволюционной теории. Нет никакой надежды закончить эту работу в измеримые отрезки времени, несмотря на весь прогресс методов исследования. Дело, однако, заметно упрощается, если принять во внимание существование филогенетической связи между видами и действие естественного отбора. Соответственно этому, в настоящее время есть смысл обсуждать не черты различия в структуре биополимеров, обусловливающие специфичность видов, а черты сходства, отражающие единство молекулярных механизмов жизни. [c.608]

Люминесцентные характеристики объекта необычайно чувствительны к изменению самой структуры и окружения люминесцирующих центров. Это обстоятельство делает флуоресцентный анализ удобным методом изучения структуры различных молекул, в том числе биополимеров. В подобных исследованиях анализируют все характеристики люминесцентного излучения квантовый выход, спектр люминесценции, поляризацию люминесценции, время жизни возбужденного состояния, миграцию энергии возбуждения и получают важные данные о структуре сложных биополимеров — белков, ДНК, РНК, ДНП и т. д. Кроме того, по изменению люминесценции в ходе опыта можно судить о конформационных изменениях люминесцирующих молекул и о ходе биохимических реакций, происходящих как in vivo, так и in vitro, причем если иззгчаемый объект обладает люминесценцией, то эти исследования можно проводить без нарушения целостности объекта. [c.288]

Данное руководство содержит описание разнообразных методов, относящихся к различным разделам химии углеводов. Здесь представлены методы выделения, разделения, анализа и изучения структуры углеводов, методы синтетической химии и физические методы исследования. Все они широко применяются в работе с важнейшими типами углеводов, такими, как моносахариды и их производные, олиго- и полисахариды, гликозиды, нуклеозиды и нуклеотиды, смешанные углеводсодержащие биополимеры. Последние представлены липополисахари-дами и тейхоевыми кислотами. [c.5]

Заметно большее разрешение достигается в спектрах ЯМР для имеюш его более широкий диапазон химических сдвигов по сравнению с протонами. Здесь выделяют также отдельные линии карбонильных групп, остатков аланина, аргинина и ряда других. На основе использования двумерной ЯМР спектроскопии удается разделить эффекты, связанные с химическим сдвигом и с косвенным спин-спиновым взаимодействием. В структурных исследованиях применяют также ядерный эффект Оверхаузера (ЯЭО). Он основан на воздействии эффектов насьщения отдельных линий резонанса, например, для протонов на интенсивность резонанса для взаимо-действуюш их с ними ядер Нри этом величина эффекта зависит от их взаимной подвижности. Ряд структурно-динамических характеристик может быть получен на основе изучения процессов спиновой диффузии, связанной с тем, что переходы спинов при резонансе индуцируют такие же переходы для соседних спинов в случае частичного или полного перекрывания их резонансных линий и т.д. Все это сделало метод ЯМР одним из ведуш их методов изучения структуры и динамики биополимеров непосредственно в растворе. [c.285]

В книге подробно рассмотрены методы исследования гликопротеинов и обсуждены особенности их структуры. Проанализированы суш ествующив методы выделения гликопротеинов из сложной смеси родственных им веществ — белков, полисахаридов и др., методы проверки их гомогенности, определение величины и формы молекул. Методы установления состава гликопротеинов изложены с рассмотрением осложнений, возникающих при гидролизе смешанных биополимеров. Накопленный за последние годы опыт исследования гликопротеинов позволил авторам изложить общие методы изучения структуры гликопротеинов, включая методы фрагментации, выделения и исследования фрагментов. Особое место уделено углевод-пептидным связям в гликопротеинах. [c.5]

В трехтомном нзланин, написанном учеными США, на самом современном уровне изложены основные прел-ставлення о биологических макромолекулах и методах исследования их структуры и функций. В третьем томе приведены материалы по термодинамике и кинетике аэаимодействня биополимеров друг с другом и с низкомолекулярными лигандами, основам ферментативного катализа, регуляции биологической активности биополимеров, кои-формационным превращениям нуклеиновых кислот и белков, а также по динамике мембранных структур. Кинга написана ясно и четко, на очень высоком научном уровне. [c.4]

До сороковых годов рентгенография сравнительно простых низкомолекулярных соединений подтверждала их структуру, уста-новлевную химическими методами, и давала количественные сведения о межатомных расстояниях. В 1944 г. Ходжкин расшифровала структуру пенициллина, которую химикам не удавалось определить. Молекула пенициллина содержит 23 атома кроме атомов водорода. Далее Ходжкин установила структуру витамина В,2, определив координаты уже 93 атомов. Вслед за этим рентгенографию стали применять в исследованиях наиболее сложных молекулярных белков. Основоположником этого направления молекулярной биофизики был Бернал, крупнейшие достижения в изучении биополимеров принадлежат кембриджской научной школе (Брэгг, Кендрью, Перутц). В 1957 г. Кендрью ус- [c.132]

Поскольку в большинстве гликопротеинов углеводная часть является определяющей для проявления специфической биологической активности, очень важное место в установлении концевой последовательности олигосахаридных цепей играют иммунохимические методы, которые одновременно позволяют непосредственно определить и структуру антигенных детерминантов. Так, испытывая ингибирующее действие различных моно-и олигосахаридов и их производных на нммунохимпческую реакцию исследуемого гликопротенна с соответствующей антисывороткой, можно сделать заключение о природе антигенных детерминантов . Этот путь играет особенно большую роль в исследовании гликопротеинов и оказался весьма плодотворным при изучении групповых веществ крози. Испытывалось ингибирующее действие на реакции гемагглютинации групповых веществ крови с соответствующими им антисыворотками различных веществ как продуктов частичной деградации этих биополимеров, так и модельных соединений. На основании этих данных были сделаны заключения о природе концевых моносахаридов в групповых веществах, являющихся антигенными детерминантами (обзор см. ). [c.575]

Очевидно, что наиболее точным методом Определения молекулярной массы индивидуального белка или нуклеиновой кислоты является установление их первичной структуры, после чего молекулярную массу получают простым суммированием ее значений для отдельных мономерных звеньев. Поскольку на сегодняшнем уровне биохимии установление первичной структуры практачески всегда является одной из основных целей исчерпывающего изучения биополимера, остальные методы определения молекулярной массы применяются в основном на промежуточных этапах исследования, а также в тех случаях, когда биополимер не удается получить в виде индивидуального, пригодного для детальных структурных исследований вещества. В этом параграфе речь будет идти именно о таких приближенных методах, используемых на первой фазе изучения биополимера. [c.265]

Современная ЯМР-спектроскопия ( Н. С,двумерная) является мощным инструментом анализа структуры полисахаридов и используется в подавляющем большинстве исследований. Этот метод позволяет определять как состав, места эамешения и последовательность моносахаридных остатков биополимера, так и его пространственное строение. [c.470]