Белковая глобула и гидрофобные взаимодействия

Подобно аминокислотам, белки сочетают в себе как кислотные, так и основные свойства. Являясь амфотерными полиэлектролитами, белки тем не менее существенно отличаются от свободных аминокислот, кислотно-основные свойства которых обусловлены а-амино- и а-карбоксильными группами. В белках основной вклад в формирование кислотно-основных свойств вносят заряженные радикалы аминокислотных остатков, расположенные на поверхности белковой глобулы. Основные свойства белков связаны с такими аминокислотами, как аргинин, лизин или гистидин, а кислые — с аспарагиновой и глутаминовой аминокислотами. Что касается а-аминных и а-кар-боксильных групп аминокислот, то их ионизация не имеет существенного значения, так как подавляющее их число участвует в образовании пептидных связей. Кривые титрования белков достаточно сложны для интерпретации. Это связано, во-первых, с наличием большого числа титруемых групп, а также с тем, что рА для каждой титруемой группы в белке может существенно отличаться от таковой в аминокислоте. Это связано с электростатическими взаимодействиями между ионизированными группами белка, наличием близко расположенных гидрофобных остатков, а также влиянием водородных связей. [c.52]

Характерная особенность структуры мицелл — это гидрофобное ядро, образованное углеводородными цепями молекул ПАВ, окруженное гидрофильным слоем их головных групп. Этим создается некоторое подобие мицеллярной структуры со структурой глобулярных белков (см. гл. I). Однако если белковая глобула — это относительно жесткое и весьма неоднородное образование, то мицелла ПАВ, напротив, носит псевдожидкий характер [1001 и образована совершенно идентичными молекулами ПАВ. Хотя эти различия и накладывают существенные ограничения на использование мицелл как моделей ферментов [1011, с другой стороны, именно благодаря простоте в построении мицелл в мицеллярных системах наиболее четко и достоверно могут быть прослежены такие эффекты, как стабилизация переходного состояния химической реакции за счет дополнительных сорбционных взаимодействий (или же сближение реагентов при их концентрировании), далее сдвиг р/Са реагирующих групп и влияние микросреды на скорость реакции. [c.115]

Белковая глобула и гидрофобные взаимодействия [c.104]

Как видно, свободная энергия переноса молекулы реагента из воды в мицеллярную фазу может практически полностью компенсировать предполагаемую потерю энтропии при включении молекулы общеосновного или общекислотного катализатора в переходное состояние реакции. Эта компенсация и обусловливает некоторое подобие механизмов ферментативного и мицеллярного катализа. В отличие от реакций высокого кинетического порядка, протекающих в результате взаимодействия низкомолекулярных реагентов непосредственно в растворе, в том и другом случае катализа почти отсутствует неблагоприятный инкремент свободной энергии активации, связанный с потерей поступательного и вращательного движений при включении в переходное состояние реакции дополнительной частицы. Разумеется, конкретный механизм этого явления в каждом из видов катализа несколько иной. В мицеллярном катализе имеет место рассмотренная выше компенсация энтропийных потерь за счет свободной энергии термодинамически выгодных ионных и гидрофобных взаимодействий реагента с мицеллой. В ферментативном катализе компоненты активного центра (злектрофильные и нуклеофильные группы) заранее связаны с белковой глобулой (как правило, химически) и обладают до- [c.122]

Так, структурные особенности поверхностного слоя белковых глобул позволяют сосредоточить в активном центре большое число различных по химической природе функциональных групп, способных не только сорбировать молекулу субстрата, но также и взаимодействовать с ней химически (см. гл. I). Среда активного центра обладает высокоразвитой микрогетерогенностью, где гидрофобные участки с исключительно низкой диэлектрической проницаемостью и полярностью (по сравнению с водой) чередуются с сильно гидратированными полярными областями с высоким электростатическим потенциалом и т. д. Поверхностный слой характеризуется также и повышенной микровязкостью. Все эти эффекты способствуют в конечном итоге многоцентровому взаимодействию фермента (его активного центра) с молекулой субстрата. [c.68]

Внешние проявления денатурации сводятся к потере растворимости, особенно в изоэлектрической точке, повышению вязкости белковых растворов, увеличению количества свободных функциональных 8Н-групп и изменению характера рассеивания рентгеновских лучей. Наиболее характерным признаком денатурации является резкое снижение или полная потеря белком его биологической активности (каталитической, антигенной или гормональной). При денатурации белка, вызванной 8М мочевиной или другим агентом, разрушаются в основном нековалентные связи (в частности, гидрофобные взаимодействия и водородные связи). Дисульфидные связи в присутствии восстанавливающего агента меркаптоэтанола разрываются, в то время как пептидные связи самого остова полипептидной цепи не затрагиваются. В этих условиях развертываются глобулы нативных белковых молекул и образуются случайные и беспорядочные структуры (рис. 1.12). [c.47]

БЕЛКОВАЯ ГЛОБУЛА И ГИДРОФОБНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ [c.219]

Вместе с тем в этих исследованиях выявляются важные особенности спиральных участков белковой цепи в глобуле. Анализ участков А, В, Е, G и Н а-спиралей свидетельствует о периодическом расположении в них неполярных аминокислотных остатков [111]. Спиральные последовательности ориентированы в глобуле таким образом, что эти остатки оказываются расположенными именно в ядре глобулы. Спирализация полипептидной цепи термодинамически выгодна для целого ряда аминокислотных остатков, так как она обеспечивает насыщение водородных связей. Но а-спирализация (равно как и образование Р-форм) определяется, вместе с тем, и гидрофобными взаимодействиями. Иными словами, вторичная структура стабилизуется пространственной структурой (третичной структурой) белка. [c.233]

Главными же силами, стабилизирующими нативную макроструктуру (глобулярных белков), как это сейчас общепризнано, следует считать гидрофобные взаимодействия, т. е. стремление гидрофобных боковых цепей углеводородной природы к слипанию в водной среде. Именно эти силы обусловливают сворачивание полипептидной цепи в компактную глобулу. В ней подавляющее больщинство неполярных групп расположено внутри, а большинство полярных — снаружи. Тем не менее, из множества возможных компактных структур могут образоваться лишь те, у которых, кроме того, будут максимально насыщены (образованы) внутримолекулярные водородные связи между СО и НН-группами основной цепи и максимально насыщены солевые и водородные связи между боковыми группами. Нативная пространственная структура, таким образом, представляет собой своеобразный компромисс между этими требованиями и именно этим обусловлено то, что из казалось бы многих возможных макроструктур могут образоваться лишь немногие. Все элементы пространственной структуры белковой молекулы находятся в тесной взаимосвязи. [c.162]

Ценные данные о структуре белковых глобул могут быть получены также путем анализа измеренных значений рК различных групп. Экспериментальные данные, суммированные в работе [4], показывают, что для глобулярных белков небольшого молекулярного веса значения рК большинства групп такие же, как для соответствующих групп в малых молекулах. Отсюда следует, что эти ионизуемые группы находятся на поверхности глобул, а не в гидрофобной области внутри молекулы. При дальнейшем возрастании молекулярного веса наблюдаются аномальные значения рК (ср. формулу (28)), что может быть объяснено влиянием гидрофобного взаимодействия и необходимостью перестройки структуры [c.38]

Если все Я расположены по одну сторону от сетки, то согласно Талмуду, Бреслеру, Афанасьеву и др. ) могут иметь место явления изменения формы сетки в зависимости от среды, в которой находится белковая молекула. Например, при наличии гидрофобного взаимодействия с Н2О молекула белка скручивается в цилиндр или глобулу, так что оказываются внутри глобулы и их соприкосновение с Н2О устраняется или, вообще говоря, уменьшается. [c.285]

Специфичность ферментов связана с комплементарностью структуры их активного центра со структурой субстратов. Активный центр, как правило, располагается в полости макромолекулы фермента и формируется из различных участков цепи белковой глобулы. Согласно теории Кошланда, эта комплемен-тарность является индуцированной субстрат в момент взаимодействия с активным центром вызывает такое изменение геометрии фермента, которое соответствует оптимальной для данной реакции ориентации групп, непосредственно участвующих в химическом превращении субстрата (каталитических групп). В случае объемных субстратов происходит многоцентровая сорбция в активном центре за счет дисперсионных, гидрофобных и электростатических взаимодействий и водородных связей. Малые молекулы, такие как О2, N2 и Н2О, вступают в непосредственное взаимодействие с атомами переходных металлов. Однако и в этом случае связывание обычно носит много-центровый характер, например в биядерных комплексах или с участием безметальных групп. Так, в случае комплексования молекулы О2 в гемоглобине с ионом Fe " " происходит образование водородной связи с протонированным гистидиновым остатком в районе активного центра. [c.550]

В последнее время внимание исследователей привлекают вопросы, связанные с кинетикой и механизмом органических реакций в присутствии поверхностноактивных веществ (ПАВ) [1]. Эти соединения, называемые также амфифильными, или детергентами, обычно содержат длинную углеводородную цепь — гидрофобную часть и полярную или ионную группу — гидрофильную часть. В разбавленных растворах они образуют агрегаты с высоким молекулярным весом, или мицеллы. Взаимодействие между субстратом реакции и специфически ориентированными гидрофобной и гидрофильной частями молекул в мицеллах является основной причиной поразительного ускорения или ингибирования поверхностноактивными веществами многих органических реакций. Во многих случаях в мицеллярном катализе обнаруживается отчетливая субстратная специфичность, а кинетика подчиняется уравнению Михаэлиса — Ментен (с насыщением по концентрации субстрата), и в этом отношении мицеллярный катализ во многом аналогичен ферментативному. Кинетическая аналогия мицеллярных катализаторов с ферментами и известное структурное сходство мицелл и белковых глобул явились существенным стимулом исследований в этой области. Мицеллы детергентов, значительно более простые в структурном отношении, чем белки, позволяют подойти к объяснению кинетических свойств ферментативных и мицеллярных систем. Изучая изменения физических свойств системы при образовании мицелл, можно оценить роль гидрофобных взаимодействий и, таким образом, моделировать гидрофобные взаимодействия в белках и липидах. [c.222]

Удовлетворение этих достаточно жестких требований в сочетании с плотной нерегулярной конфигурацией и при отсутствии большого числа остатков в конформациях с высокой энергией обусловливает уникальный характер белковой глобулы. Определенная конформация данной полипептидной цепи в глобулярном белке является в этом смысле действительно исключительным явлением, а не просто одной из многих возможных конформаций, лишь слегка различающихся по энергии. Согласованность ближних и дальних взаимодействий обеспечивает направленный характер самосборки глобулы при зарождении элементов будущей вторичной структуры уже на ранних стадиях сворачивания. Для обеспечения этого необходимо, чтобы в цепи возникали регулярные (а- и -) участки, имеющие хотя бы одну непрерывную гидрофобную поверхность. Это условие является грубым . Более тонкие свойства структуры функциональных белков связаны с определенным расположением остатков на поверхности для топографической совместимости белков вторичной структуры, с наличием гидрофобных и гидрофильных поверхностей на разных сторонах некоторых а-спиральных участков. [c.215]

Микросреда поверхностного слоя обнаруживает также сильно пониженную полярность по сравнению с водой. На это указывают, в частности, результаты сравнения УФ- и видимых спектров поглощения или спектров флуоресценции ароматических соединений в воде, в органическом растворителе и при солюбилизации их в поверхностном слое белковой глобулы [23, 24]. Полярность среды, окружающей молекулу Ы-арилсульфоната в комплексе с белком, близка й значению, характеризующему этанол (Z = 80 для воды Z = 95) (табл. 4). В тех участках ферментной глобулы, где непосредственно происходит гидрофобное взаимодействие аполярных аминокислотных остатков поли-пептидной цепи, полярность микросреды должна быть еще более низкой. С другой стороны, в рядом расположенных областях поверхност- ного слоя следует ожидать высокую локальную концентрацию диполей пептидных связей. Это (даже в отсутствие полярных и заряженных боковых групп) может привести к образованию участков высокополярной и поляризующей мик- 57 росреды (где напряженность поля достигает значений 10— [c.21]

Поверхностный слой белковых глобул характеризуется повышенной микровязкостью [20, 25]. Эффекты повышенно й микровязкости особенно сильно развиты в области активных центров. Весьма наглядное представление о их масштабе было получено при исследовании методом ЯМР подвижности органических молекул, связанных на активном- центре только за счет гидрофобных взаимодействий. Как известно, гидрофобные взаимодействия при слипании углеводородных молекул (или же их фрагментов) в водном растворе не ограничивают свободу их вращательного движения [26]. Инре наблюдается при включении органической молекулы в высокоорганизованную структуру [c.22]

Наиболее важная информация о строении молекулы химотрипсина (молекулярная масса 25 ООО) была получена с помощью рентгеност-зуктурных исследований последних лет, проведенных Блоу с сотр. 14, 17—19]. Как итог своих исследований авторы представили трехмерную модель молекулы химотрипсина (см. рис. 3). В согласии с ранними общими представлениями о строении белков было найдено, что все заряженные группы в молекуле этого фермента направлены в сторону водного растворителя (за исключением трех, которые выполняют специфические функции либо в механизме активации зимогена, либо в механизме действия активного центра). Особенности расположения аминокислотных остатков с гидрофобными боковыми цепями внутри белковой глобулы также согласуются с ранними представлениями о важной роли гидрофобных взаимодействий в стабилизации третичной структуры белков (см. гл. I). [c.127]

Гидрофобное фермент-субстратное взаимодействие вносит важный вклад в специфичность химотрипсинового катализа (см. 2, 4, 5 этой главы). Это связано с тем, что составной нукЛеофил, входящий в активный центр фермента и принимающий участие в атаке сорбированной молекулы субстрата, расположен в поверхностном слое белковой глобулы [17—19, 66, 67]. Реакции, катализируемые химотрипсином, протекают таким образом вблизи поверхности раздела фаз вода — белок и сопровождаются термодинамически выгодным переносом (полным или частичным) гидрофобных фрагментов молекулы субстрата из одной среды (вода) в другую (белок). Свсбодная энергия такого рода гидрофобного взаимодействия, сопровождающего химическую реакцию между ферментом и субстратом, зависит от структуры субстрата, а также от геометрической конгруэнтности ее по отношению к активному центру (см. 5 этой главы). [c.150]

Выше отмечалось, что, начиная с Хаггинса, огромную роль в стабилизации пространственной формы белковой цепи стали отводить пептидным водородным связям. Считалось, что именно они формируют вторичные структуры - а-спираль и р-складчатые листы. Но что в таком случае удерживает эти структуры в глобуле и под влиянием каких сил белковая цепь свертывается в нативную конформацию в водной среде, где пептидные водородные связи N-H...O= и электростатические взаимодействия малоэффективны Можно поставить вопрос иначе. Почему внутримолекулярные взаимодействия у природной гетерогенной аминокислотной последовательности превалируют в водном окружении над ее взаимодействиями с молекулами воды Фундаментальное значение в структурной организации белковой глобулы стали отводить так называемым гидрофобным взаимодействиям. Само понятие возникло в начальный период изучения коллоидного состояния высокомолекулярных веществ, в том числе белков. Первая теория явления, правда, не раскрывающая его сути, предложена, в 1916 г. И. Ленгмюром. Ему же принадлежит сам термин и разделение веществ на гидрофобные, гидрофильные и дифиль-ные. Природа гидрофобных взаимодействий была объяснена У. Козманом (1959 г.). Он показал, что низкое сродство углеводородов и углеводородных атомных групп к водному окружению обусловлено не неблагоприятными с энергетической точки зрения межмолекулярными контактами, а понижением энтропии. На энтропийный фактор обращали внимание еще в 1930-е годы для объяснения причин образования мицелл моющих средств в водных коллоидных растворах (Дж. Батлер, Г. Франк, Дж. Эдзал), однако такая трактовка формирования компактных структур не была перенесена на белки. Впервые это сделал Козман, поэтому гидрофобная концепция носит его имя. [c.73]

В согласии с механизмом (4.40) субстратоподобный ингибитор действительно вытесняет из активного центра несколько молекул воды, как это было обнаружено при рентгеноструктурном анализе кристаллического химотрипсина [123]. Однако этот механизм не согласуется с данными по влиянию среды на гидрофобное фермент-субстратное взаимодействие (см. 4 этой главы). Кроме того, механизм (4.40) противоречит тому, что двойной выигрыш свободной энергии экстракции реализуется лишь в переходном состоянии химической реакции [см. уравнение (4.39)], в то время как в комплексе Михаэлиса вклад гидрофобного фермент-субстратного взаимодействия меньше [см. уравнение (4.29)]. Иными словами, в химотрипсиновом катализе не вся потенциальная свободная энергия сорбции, которую предполагает модель (4.40), равная 2АСэкстр, реализуется в виде прочного связывания субстрата с ферментом. Из диаграммы, представленной на рис. 44, видно, что в комплексе Михаэлиса (или ацилферменте) реализуется в виде свободной энергии связывания E-R лишь инкремент свободной энергии сорбции, отражающий перенос субстрата из воды в неводное окружение (в среду белковой глобулы), равный АО кстр [см. также уравнение (4.29)]. Для объяснения этих фактов следует допустить, что гидрофобное фермент-субстратное взаимодействие идет в две стадии 1) образование фермент-субстратного комплекса протекает по механизму (4.19), который не противоречит данным по солевому эффекту (на их основании он был и предложен), и термодинамические закономерности его согласуются с уравнением (4.29). Этот механизм также предполагает вытеснение нескольких молекул воды из [c.155]

Белки относительно малых размеров можно фракционировать и на колонках типа jg при условии их растворимости в ацетонит-риле можно использовать для элюции градиент его концентрации вплоть до 60% [Ni e et al., 1979]. Рассматривая важную проблему денатурации белков в процессе хроматографии, авторы отмечают, что опасность связана не столько с относительно кратковременным пребыванием белка в водно-органическом растворителе, сколько с самим актом гидрофобного взаимодействия белка с матрицей. В результате этого взаимодействия могут нарушиться внутренние гидрофобные связи в белковой глобуле, от которых зависит сохранение ее нативной структуры. [c.211]

Чтобы вклиниться в это явление взаимной страховки , т. е. блокировать восстановление первой разорванной связи до того момента, пока разорвется и вторая, потребуется очень большое увеличение концентрации контрионов соли в элюенте. Если же молекуле белка удастся закрепиться в трех или большем числе точек, то снять ее может оказаться трудно или даже невозможно (произойдет необратимая сорбция вещества на обменнике). Вероятность пространственного совпадения трех и более пар зарядов кажется сомнительной, но она существенно возрастает для обменников с густо расположенными зарядами (т. е. большой емкости). Кроме того, надо иметь в виду возможность некоторой деформации самой белковой глобулы, в том числе под действием сил гидрофобного взаимодействия с матрицей обменника. Верно и обратное .многоточечный контакт белка с обменником может послужить причиной его деформации вплоть до денатурации, иногда необратимой. [c.261]

Единственные сильные взаимодействия в белковой глобуле — это химические дисульфидные связи Цис—8—3—Цис. Наличие нескольких дисульфидных сшивок между звеньями одной или нескольких цепей (например, инсулин) накладывает ограничения на возможные конформации. Однако нельзя было бы говорить о глобуле, если бы взаимодействия сводились к серным мостикам. В этом случае белковая цепь походила бы на цепь каучука в резине, вулканизированной серой. Каучук в резине сохраняет свойства статистического клубка. Глобула формируется слабыми силами — электростатическими, ван-дер-ваальсовыми, водородными связями и, прежде всего, гидрофобными взаимодействиями. [c.105]

Пространственная структура зависит не от длины полипептидной цепи, а от последовательности аминоютслотных остатков, специфичной для каждого белка, а также от боковых радикалов, свойственных соответствующим аминокислотам. Пространственную трехмерную структуру или конформацию белковых макромолекул образуют в первую очередь водородные связи, а также гидрофобные взаимодействия между неполярными боковыми радикалами аминокислот. Водородные связи играют огромную роль в формировании и поддержании пространственной структуры белковой макромолекулы. Водородная связь образуется между двумя электроотрицательными атомами посредством протона водорода, ковалентно связанного с одним из этих атомов. Когда единственный электрон атома водорода участвует в образовании электронной пары, то протон притягивается соседним атомом, образуя водородную связь. Обязательным условием образования водородной связи является наличие хотя бы одной свободной пары электронов у электроотрицательного атома. Что касается гидрофобных взаимодействий, то они возникают в результате контакта между неполярными радикалами, неспособными разорвать водородные связи между молекулами воды, которая вытесняется на поверхность белковой глобулы. По мере синтеза белка неполярные химические группировки собираются внутри глобулы, а полярные вытесняются на ее поверхность. Таким образом, белковая молекула может быть нейтральной, заряженной положительно или же отрицательно в зависимости от pH растворителя и ионо-генных групп в белке. К слабым взаимодействиям относят также ионные связи и ван-дер-ваальсовы взаимодействия. Кроме того, конформация белков поддерживается ковалентными связями 8—8, образующимися между двумя остатками цистеина. В результате гидрофобных и гидрофильных взаимодействий молекула белка спонтанно принимает одну или несколько наиболее термодинами-чесю выгодных конформаций, причем, если в результате каких-либо внешних воздействий нативная конформация нарушается, возможно полное или почти полное ее восстановление. Впервые это показал К. Анфинсен на примере каталитически активного белка рибонуклеазы. Оказалось, что при воздействии мочевиной или р-меркаптоэтанолом происходит изменение ее конформации и, как следствие, резкое снижение каталитической активности. Удаление мочевины приводит к переходу конформации белка в исходное состояние, и каталитическая активность восстанавливается. [c.35]

Структура а-спирали приведена на рис. 4.13, а, структура -листа -на рис. 4.13, б, в. а-спираль белка можно уподобить, грубо говоря, цилиндрической мицелле - либо обычной, либо инвертированной, либо цилиндрической мицелле с гидрофобной полоской на ее поверхности, в зависимости от того, каков характер аминокислот, покрывающих внешнюю поверхность этой цилиндрической мицеллы, - гидрофильный, гидрофобный, или смешанный Аналогично -структуру можно уподобить ламел-ле, обычной или инвертированной, в зависимости от характера распределения аминокислот на двух поверхностях /3-листа. Контактируя своими поверхностями, а-спирали (цилиндрические мицеллы) и -листы (ламеллы) образуют домены, которые могут охватывать часть белковой молекулы или всю ее. При взаимодействии гидрофобных поверхностей а-спиралей или /3-листов образуется плотный контакт. Если же взаимодействуют гидрофильные поверхности а-спиралей и /3-листов, то между ними возникает водная прослойка. Гидрофобные контакты а-спиралей и Д-листов заключены в основном в центральной части белковой глобулы. Гидрофильные поверхности а-спиралей и /3-листов обращены к воде, в которой находится белковая глобула. [c.85]

Исходя из того, что одна молекула белка связывала от одного до двух свободных радикалов, авторы предположили, что в сывороточном альбумине имеется две различные аминогруппы, реагирующие с иминоксильными свободными радикалами. В случае присоединения парамагнитной метки к аминогруппе, расположенной на поверхности молекулы белка, получается спектр ЭПР со слабой иммобилизацией спин-метки. Другая аминогруппа, расположенная в глубине белковой глобулы, при связывании со спин-меткой дает спектр ЭПР сильно иммобилизованных свободных радикалов. В последнем случае свободный радикал, связанный ковалентной связью с молекулой белка, гидрофобно взаимодействует с близлежащим участком полипептидиой цепи. При кислотно-щелочной денатурации сывороточного альбумина, а также при переваривании спин-меченого белка пепсином широкие компоненты спектра ЭПР сильно иммобилизованных свободных радикалов исчезали, и сигнал ЭПР исследуемой системы приближался по своим параметрам к спектру ЭПР описанного (стр. 166) спин-меченого поли- -лизина. [c.167]

В последнее время стали считать, что гидрофильный характер связи хлорофилл — белок менее вероятен, по сравнению с гидрофобным взаимодействием. Например, Гельман (1967), Вейер и Бенсон утверждают, что остатки жирных кислот молекул липоидов и фитол хлорофилла могут проникать внутрь белковых молекул и связываться за счет вандерваальсовых сил с углеводородным гидрофобным ядром белковых глобул. Гидрофильные участки липоидов (остатки галактозы, фосфата, сульфата и др.) располагаются снаружи, взаимодействуя с гидрофильными внешними участками белка (за счет водородных связей). Порфириновые кольца тоже находятся на поверхности белка. Отрицательно заряженные остатки сульфата и фосфата могут взаимодействовать с положительно заряженными радикалами — МН+, расположенными на поверхности белка. По-видимому, роль ковалентных связей в образовании белково-липидных комплексов невелика, так как органические растворители извлекают до 95% липидов, а это значит, что они слабо связаны. [c.94]

Для биоорганической химии представляют жизненную важность проблемы взаимосвязи структуры белка и его реакционной способности, а также природы сил, ответственных за поддержание этой структуры. Малые молекулы могут существенно влиять на белковую структуру путем преимущественного взаимодействия с некоторыми связывающими центрами или образования гидрофобных комплексов, более прочных, чем агрегаты, уже существующие в белковой глобуле. Поскольку детергенты содержат гидрофобную и гидрофильную области, строение и свойства которых известны, изучение взаимодействия белков с ПАВ, влияния детергентов на устойчивость белков и их конформационные изменения, индуцированные детергентами, могут пролить дополнительный свет на проблемы, связанные со структурой белка. Эту цель преследовали многочисленные исследования, суммированные в обзорах Немети [32] и Дженкса [160]. Более поздние работы в этой области были выполнены Хайтманом [303], Рэем [304] и другими авторами [305,306]. [c.351]

Уже давно высказывалась гипотеза, что организующим фактором в образовании третичной структуры белковой молекулы может служить тенденция к собиранию неполярных (гидрофобных) остатков внутри белковой глобулы, а полярных (гидрофильных) — на ее поверхности. Такая закономерность действительно проявилась в миоглобине и гемоглобине. Молекулы воды, присоединенные к полярным рад1шалам, образуют вокруг глобулы двойной электростатический слой, что экранирует поле этих радикалов и уменьшает свободную энергию. При контакте гидрофобных радикалов с молекулами воды последние упорядочиваются, в результате чего уменьшается энтропия. Поэтому гидрофобным радикалам выгодно собраться внутри белковой молекулы и избе кать контакта с молекулами воды. Все это ведет к минимуму свободной энергии и увеличению энтропии системы глобула — вода, т. е. стабилизирует ее. В то же время ван-дер-ваальсовое взаимодействие неполярных радикалов достаточно для объяснения притяжения и компактной укладки цепей внутри глобулы. Укладка целей может дополнительно фиксироваться некоторыми водородными и ионными связями [16]. [c.6]

НЫХ слоев или глобул белки адсорбированы на обоих сторонах мембраны (рис. 90). Модель, предложенная Бенсоном, описывает липопротеиновые субъединицы мембраны тилакоидов. Эти субъединицы удерживаются вместе благодаря гидрофобным взаимодействиям углеводородных групп липидов и гидрофобных внутренних областей белков. В некоторых моделях (например, предложенной Съёстрандом) рассматриваются липидные мицеллы, окруженные белками. Эти образования могут переходить в структуру гофрированного слоя. Согласно Вандеркуи и Грину, мембрана состоит из белковых глобул, между которыми вкраплены липидные молекулы. [c.216]

Спектры поглощения пленок показывают, что при одних и тех же поверхностных концентрациях сдвиг красного максимума для хлорофилла а, адсорбированного на белке, меньше, чем хлорофилла а на капроне. Это особенно заметно при больших поверхностных концентрациях пигмента. Видимо, на поверхности К-+-БСА агрегация хлорофилла выражена слабее, что объясняется дезагрегирующим действием БСА [13, 22]. Сравнение спектральных свойств хлорофилла на К и на К+БСА позволило предположить, что на белковом монослое молекулы пигмента располагаются двумя способами на полярных участках белка ориентация, очевидно, аналогична ориентации на поверхности капрона, а на неполярных участках происходит гидрофобное связывание с возможным проникновением фитольного остатка молекулы хлорофилла внутрь белковой глобулы [13, 22]. Эти соображения вполне согласуются с известными данными о взаимодействии хлорофилла с белком [32, 33]. [c.210]

Часто обнаруживают, что большие ионы сильно взаимодействуют между собой в водном растворе, в то время как ионы меньших размеров с теми же заряженными группами взаимодействуют слабее или вообще не взаимодействуют. Взаимодействующие ионы можно разделить на два различных, но связанных между собой класса. К первому классу относят большие симметричные ионы, заряд которых экранирован от воды и которые взаимодействуют между собой сильнее, чем с молекулами воды, как это обсуждалось в предыдущей главе. Ко второму классу относят ионы, в которых заряженная группа присоединена к гидрофобной, и взаимодействие последней с макромолекулой или другими ионами обеспечивает их связывание. К этому классу относят красители и ионные детергенты, которые связываются с гидрофобными участками белков и могут вызывать их денатурацию, солюбилизируя внутренние гидрофобные группы белковой глобулы. Связывание с белками в ряду замещенных анионов соответствующей структуры возрастает с увеличением размера заместителей и почти не зависит от индукционных эффектов [3]. Также часто обнаруживают, что заряженные молекулы красителей, которые могут участвовать в некотором типе гидрофобного взаимодействия, связываются стехиометрически с противоположно заряженными группами белков, хотя небольшие ионы в тех же условиях практически не взаимодействуют с такими группами. [c.304]

Изменение природы адсорбента влияет как на активность изолированных ферментных глобул, так и на интенсивность межбелковых взаимодействий, определяемых величиной /Сг- Этот эффект достаточно ясен в тех простых случаях, когда сравниваются адсорбенты с различной полярностью. Изменение общей ориентации глобулы фермента (см. рис. 45) автоматически приводит к изменению природы контактирующих групп белкового слоя и тем самым должно привести к изменению величины /Сг- Гораздо менее очевидны, но очень важны наблюдаемые на опыте различия, связанные с воздействием весьма близких по своим свойствам липидных поверхностей — например, гидрофобных лецитиновых и кефалиновых монослоев на силикагеле, а также холестериновых слоев на различных носителях. Для липопротеидного слоя это свидетельствует скорее о частичном проникновении липидов в белок, чем о простом контакте белкового и липидного слоя, напоминающем физическую адсорбцию. Вместе с тем эти же данные показывают, что взаимодействие белковой глобулы с фосфолипидным слоем не сопровождается снятием липида с поверхности и переориентацией молекул липида, так как гидрофильные (С+лец) и гидрофобные (5102+лец) слои одного и того же фосфолипида различным образом влияют на свойства ферментных глобул и ферментных комплексов. Изучение адсорбируемости белков и предельной адсорбции на поверхностях различного типа позволяет делать определенные выводы как [c.295]

Детергенты вызывают набухание и разворачивание белковых структур путем разрушения гидрофобных взаимодействий в молекуле. Их гидрофобные неполярные хвосты проникают во внутренние области глобул, вызывая перестройку структуры Подобный процесс происходит, например, при денатурации пепсина хлоридом триметилдодециламмония Денатурирующее действие органических растворителей, в частности этанола, связано с уменьшением энергии гидрофобных взаимодействий в присутствии менее полярного окружения, чем вода. Гидрофобные боковые радикалы тем менее охотно взаимодействуют друг с другом, чем больше их сродство к молекулам растворителя. Этот эффект приводит [c.156]

В отличие от НЬА в гемоглобине HbS остаток глутаминовой кислоты Р-полипептидной цепи глобина замещен на валин. Остаток валина располагается на поверхности белковой глобулы гемоглобина. Замещение полярного остатка глутаминовой кислоты на неполярный валин приводит к появлению на поверхности Р-субъединицы гидрофобного участка, который не гидратируется окружающим водным раствором. Этот участок присутствует как в окси-, так и в дезоксиформе HbS (в то время как в НЬА он отсутствует). Кроме того, на поверхности HbS существует участок, комплементарный гидрофобному участку Р-субъединицы и способный с ним прочно связываться. В окси-HbS этот участок маскируется другими аминокислотными группами. Когда окси-HbS теряет кислород, его гидрофобный участок связывается с комплементарным участком на другой молекуле HbS. Таким образом, происходит полимеризация HbS, при этом каждая молекула гемоглобина контактирует с 4 соседними молекулами с образованием трубчатых волокон. Волокна HbS механически деформируют эритроцит, придавая ему серповидную форму, что приводит к лизису клеток и множеству вторичных клинических проявлений. В НЬА также имеется рецепторный участок, способный взаимодействовать с гидрофобным участком окси- или дезокси-HbS. Присоединение гидрофобного HbS к НЬА сопровождается образованием соответствующего димера, но не приводит к образованию полимера, поскольку сам НЬА не имеет гидрофобного участка и потому не может связывать следующую молекулу гемоглобина. [c.220]

Самоорганизация белка. Определенный характер распределения гидрофобных групп в развернутой цепи способствует образованию в ней а- или -структурных участков в основном за счет локальных взаимодействий внутри данного участка. Одновременно за счет дальних взаимодействий структурного сегмента с другими участками белковой цепи обеспечиваются ее стабилизация и встраивание в белковую глобулу. Это приводит к тому, что образованные в развернутой цепи наиболее вероятные структурные сегменты вторичной структуры предопределяют и структуру целой компактной глобулы, возникаюшую при сворачивании первичной последовательности. Вместе с тем для а-спиральных белков а-спиральная структура уже доминирует в развернутой цепи, а -структура доминирует в развернутой цепи Р-структурных белков. [c.213]