Взаимодействие органических молекул с белками

Каждая молекула НАД Н независимо от своего происхождения поступает на третью стадию метаболического процесса-окончательный цикл окисления, или дыхательную цепь,-и образует три молекулы АТФ. Каждая молекула ФАД Hj принимает участие в промежуточной части этой стадии и образует только две молекулы АТФ. Дыхательная цепь включает ряд флавинсодержащих белков (флавопротеидов) и цитохромов (рис. 20-23), с которыми взаимодействуют атомы водорода и электроны, образуемые из НАД Н и ФАД Н2, до тех пор пока они в конце концов не восстанавливают О2 в Н2О. Компоненты дыхательной цепи показаны на рис. 21-24. При повторном окислении НАД Н два атома водорода используются для восстановления флавопротеида, а выделяемая свободная энергия используется для синтеза молекулы АТФ из АДФ и фосфата. Флаво-протеид снова окисляется, восстанавливая небольшую органическую молекулу хинона, известного под названием убихинона, или кофермента Q. С этого момента судьбы электронов и протонов восстановительных атомов водорода расходятся. Электроны используются для восстановления атома железа в цитохроме Ь из состояния Fe в состояние Fe а протоны переходят в раствор. Цитохром Ь восстанавливается в цитохром с,. [c.330]

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]

Взаимодействие органических молекул с белками [c.189]

Фундаментальное свойство экстракционной модели, обусловленное самой природой гидрофобных взаимодействий, заключается в том, что инкремент свободной энергии переноса углеводородного фрагмента в молекуле лиганда из воды в органический растворитель практически не зависит от природы последнего [43—47]. Это связано с тем, что главный вклад в эту величину вносит свободная энергия сольватации углеводородного фрагмента в воде. Так, например, независимо от природы органического растворителя инкремент свободной энергии переноса СНа-группы из воды в органическую фазу составляет примерно 700 кал/моль (3000 Дж/моль) [45]. Приблизительно та же величина свободной энергии характеризует адсорбцию алифатических соединений на поверхности раздела фаз вода — масло или вода — воздух, адсорбцию их из водного раствора на поверхность ртутной капли или же процесс солюбилизации органических молекул мицеллами детергентов [45]. Значение этого факта трудно переоценить, поскольку именно поэтому (пользуясь сопоставлением термодинамики гидрофобного взаимодействия белок — органический лиганд с аналогичными данными для модельных процессов) можно выявить, в принципе, специфические свойства структуры или микросреды гидрофобных полостей в белках. [c.27]

Энтропийный фактор. Процесс свертывания не нарушит второе начало термодинамики, если неизбежное при образовании высокоорганизованной структуры уменьшение энтропии белковой цепи будет компенсироваться одновременным увеличением энтропии водной фазы и уменьшением энтальпии системы. Реализация того и другого связана с эффектом так называемых гидрофобных взаимодействий, возникающих при контактах молекул воды с атомными группами неполярных органических молекул. Энтропийная природа этих взаимодействий была обоснована У. Козманом [46], который показал, что на каждую неполярную алифатическую боковую цепь, покидающую водное окружение, энтропия возрастает на -30 ккал/моль град, а свободная энергия понижается на 5-10 ккал/моль. У большинства белков число остатков, склонных к гидрофобным взаимодействиям, превышает 50% всего аминокислотного состава. Поэтому энтропийный эффект, ведущий к экранизации гидрофобных атомных групп от молекул воды, играет существенную ориентационную роль в свертывании белковой цепи. Об этом, в частности, свидетельствует сильное денатурирующее действие, оказываемое на структуру белка слабо полярными органическими растворителями, мочевиной, производными гуанидина и другими соединениями. [c.95]

Проблема ближних взаимодействий решена методом теоретического конформационного анализа, обычно используемого в исследованиях пространственного строения малых органических молекул. Для свободных монопептидов 20 стандартных аминокислот были найдены все возможные конформации и в каждом отдельном случае выявлена взаимообусловленность состояний основной и боковой цепей (см. гл. 5). Реальность полученных данных подтверждена результатами комплексного физикохимического исследования структур большого числа монопептидов в различных средах. Теоретические конформации монопептидов сопоставлены с геометрией основных и боковых цепей аминокислотных остатков в известных трехмерных структурах белков. Показано, что реализующиеся в белковых молекулах конформационные состояния остатков за редкими исключениями, которые, по-видимому, следует отнести к артефактам, отвечают наиболее выгодным конформациям свободных монопептидов. Средние и дальние взаимодействия ни в одном случае не вступают в противоречие с требованиями, диктуемыми ближними взаимодействиями Их роль заключается в выборе конформации остатка из числа низкоэнергетических состояний свободного монопептида. Этап исследования ближних взаимодействий завершился составлением для свободных монопептидов 20 стандартных аминокислот универсальных наборов низкоэнергетических конформаций, необходимых и достаточных для описания всех конформационных состояний остатков, встречающихся в белковых структурах (см. табл. 11.17). [c.220]

Те же соединения, которые содержат катионные группы, взаимодействуют с кремнеземом при любых значениях pH, и особенно в тех случаях, когда на поверхности кремнезема внедрены алюмосиликатные участки. Это было показано Айлером [177] на примерах взаимодействия кремнезема с органическими молекулами, содержащими сильноосновные катионы, такие, как ионы четвертичного аммония. Также и некоторые белки, например альбумины, будут взаимодействовать с кремнеземом, несущим на поверхности отрицательные алюмосиликат- [c.396]

Ионы металлов играют заметную роль в биохимических процессах, обусловленную отчасти их способностью связываться как с большими, так и с малыми молекулами. Большие молекулы — это нуклеиновые кислоты и белки. Комплексы ионов металлов с белками подразделяются на две основные группы. В комплексах первой группы ионы металла являются составной частью структуры белковых молекул и не могут быть выделены из белка без разрушения этой структуры. Такие белки называют металло-протеидами. Помимо них известно большое число комплексов, для которых характерно обратимое взаимодействие ионов металла с белком. Образование комплексов, принадлежащих этой второй группе, обычно стабилизирует определенную конформацию белковой части комплекса. Ярким примером важности взаимодействия между ионами металлов и малыми органическими молекулами может служить связывание АТФ с ионами металлов, абсолютно необходимое для того, чтобы молекулы АТФ могли принимать участив в ферментативных реакциях, зависящих от АТФ. [c.22]

При переходе от молекулярных систем к надмолекулярным структурам живых клеток и организмов мы встречаемся со специфическими проблемами физики конденсированных сред. Биологические мембраны, сократительные системы, любые клеточные структуры имеют высоко специализированное гетерогенное строение. Во всех функциональных надмолекулярных структурах определяющую роль играют белки, взаимодействующие с другими органическими молекулами (например, с липидами в мембранах) и с различными ионами, начиная с малых ионов щелочных и щелочноземельных металлов. В гетерогенных надмолекулярных системах реализуется специальное динамическое поведение, ответственное в конечном счете за важнейшие явления жизнедеятельности. Это поведение определяется особым состоянием биологических надмолекулярных систем. Мембраны имеют жидкое или жидкокристаллическое строение, белки плавают в липидном море . Сократительные белковые системы, ответственные за превращение химической энергии (запасенной преимущественно в АТФ) в механическую работу, т. е. системы механохимические, построены из различных фибриллярных белков, взаимодействующих друг с другом. Естественно, что внутримолекулярная и молекулярная подвижность, т. е. конформацион-ные движения, играют главную роль в динамике надмолекулярных структур. В конечном счете электронно-конформационные или ионно-конформационные взаимодействия лежат в основе всей клеточной динамики. [c.611]

Монография состоит из трех глав. Глава I посвящена изучению солюбилизации углеводородов — гидрофобному связыванию. Взаимодействие белков с малыми органическими молекулами рассматривается прежде всего как способ обнаружения гидрофобных взаимодействий в макромолекулах белков. [c.4]

Разделение с помощью органических растворителей. Белки можно фракционировать с помощью осал дения органическими растворителями, например этанолом, ацетоном. Белки, склонные к агрегации, осаждают сульфатом аммония в присутствии нро-нанола [51]. Органические растворители снижают раствори-люсть белков благодаря изменению диэлектрической проницаемости среды. Поскольку причина осаждения состоит в агрегации молекул вследствие электростатического взаимодействия, что аналогично осаждению в изоэлектрической точке, pH в данном случае более важный фактор, чем при осал<дении солями. Следовательно, с помощью органических растворителей можно разделить очень близкие в структурном отношении белки, имеющие разные изоэлектрические точки. Например, при pH 6,5 парваль-бумины II, III и IV были разделены путем осаждения ацетоном [163]. Белок IV выпадал в осадок при концентрации ацетона 55—60%, белки III и IV — при концентрации 60—65%, белки III и II — при концентрации 65—70%, наиболее кислотные ком-коненты смеси с изоточками р/( —4 выпадали в осадок при концентрации ацетона 70—80%. [c.50]

Все это многообразие влияния органических веществ на белковые молекулы определяется, в основном, тремя факторами концентрацией органических молекул, длиной цепи их неполярной части и природой гидрофильной группы, причем осуществляться это действие может как путем непосредственного связывания (взаимодействия) дифильных молекул с молекулами белка, так и в результате изменения свойств воды как растворителя в присутствии органических молекул. При низких концентрациях органического вещества, когда его влияние на структуру воды невелико, преобладает эффект связывания. Связывание в таких условиях не вызывает конформационных изменений белковых молекул (либо [c.28]

Некоторые ферменты взаимодействуют со своими субстратами только в сочетании с другими соединениями, называемыми коферментами. Кофермент обычно не является белком он представляет собой органическую молекулу значительно более простого строения, чем фермент, и образование комплекса фермент — кофермент обратимо. Данный кофермент может действовать в сочетании с раз- [c.131]

В одной главе невозможно рассмотреть все многочисленные исследования, посвященные белкам. О некоторых особых свойствах белковых молекул мы уже упоминали. В этой главе мы остановимся на некоторых проблемах физической химии белков, имеющих весьма широкое значение. Белки построены из крупных нестабильных молекул, взаимодействующих с молекулами почти всех веществ. Они взаимодействуют с катионами, анионами, малыми органическими молекулами, липидами, углеводами и друг с другом. Благодаря упорному труду биохимиков в настоящее время разработаны методы, позволяющие извлекать белки из сложной смеси различных веществ, содержащихся в организме, и с хорошей воспроизводимостью получать чистые белковые препараты. [c.270]

Солеобразные связи обычно образуются в среде с малой диэлектрической проницаемостью, например в органических растворителях или внутри гидрофобного ядра молекулы глобулярного белка. Образование их в водной среде менее вероятно. Поскольку образование солеобразных связей увеличивает и без того большую диэлектрическую проницаемость водных растворов, мочевина должна ослаблять такие связи. Между некоторыми типами водородных связей и некоторыми солеобразными связями нет резкой границы. Примерами образования солеобразных связей могут служить связи молекул белка с ионами щелочных металлов. По-видимому, солеобразные связи не влияют заметно на вторичную и третичную структуру, поскольку добавление солей, уменьшающих электростатическое взаимодействие, не очень эффективно в отношении денатурации. Однако частичное разрушение четвертичной структуры гемоглобина при высоких концентрациях соли свидетельствует о том, что эти связи все же влияют на стабильность молекулы. [c.275]

Преломление, обусловленное молекулами органических соединений, представляет собой сумму преломлений их атомов. Это верно и в отношении белков. К сожалению, однако, это обстоятельство не может быть использовано для изучения структуры белков, так как содержание углерода, азота, водорода и кислорода в различных белках почти одинаково. Кроме того, число отдельных атомов в молекуле белка настолько велико, что участие одного атома или группировки атомов в общем преломлении молекулы ничтожно мало. Те же соображения относятся и к способности белков вращать поляризованный луч света [108, 109]. Поскольку все аминокислоты, за исключением глицина, являются оптически активными соединениями и асимметрические атомы углерода аминокислот остаются асимметрическими и в пептидной цепи, полипептиды и белки представляют собой оптически активные соединения. Знак и величина удельного вращения белка зависят от числа аминокислот в белке и от их строения. Общая величина, получающаяся в результате взаимодействия сотен молекул аминокислот, не позволяет поэтому сделать какие-либо выводы относительно расположения аминокислот и относительно других деталей, касающихся внутренней структуры белка. Удельное вращение белков достигает минимума в их изоэлектрической точке. Оно колеблется между —30 и —70° [109]. Значительно большие величины, вплоть до —313°, были обнаружены в желатиновых гелях [110]. [c.139]

В связи с этим одни исследователи выдвигают гипотезы механизмов действия, основанные на структурных изменениях в молекуле, учитывающие роль пространственного сближения функциональных групп и комплементарности различных молекул. Качественно новым свойством белков в сравнении с другими органическими соединениями считается кооперативный характер взаимодействия функциональных групп. Так, например, Д. Е. Кошланд считает, что нет необходимости для объяснения механизма действия ферментов привлекать идеи о миграции энергии по молекуле белка. Он пишет, что возникает соблазн предположить , что единственная функция ферментов состоит в том, чтобы обеспечить правильное взаимное расположение соответствующих групп катализатора и субстратов . [c.6]

В-третьих, введение в биологические системы стабильных органических молекул, содержащих свободные радикалы (спиновые метки) [71], расширяет возможности использования ЭПР для изучения таких спин-меченых систем. Спиновые метки могут быть присоединены к остатку аминокислоты в активном центре фермента или около него [72], а также могут быть включены в аналог субстрата [73]. В любом из этих случаев может быть оценена степень иммобилизации спиновой метки, связанной с белком, путем сравнения ЭПР-спектров для свободного и связанного состояний, а также может быть изучено действие различных агентов, например диамагнитного иона металла, на окружение спиновой метки [72]. В таких экспериментах спиновая метка действует как детекторная группа [74] и обнаруживается с помощью спектров ЭПР. Однако в присутствии парамагнитных ионов, например Мп2+ к Со +, спин-спиновые взаимодействия преобладают над процессами релаксации и вызывают заметное уменьшение амплитуды ЭПР-сигналов, обусловленных спиновой меткой, поскольку спины ведут себя так, как будто бы они зафиксированы в жесткой решетке [74а]. Этот эффект позволяет рассчитать расстояние между спинами с учетом времени корреляции диполь-дипольного взаимодействия [72, 74а]. Таким образом, использование специфичных спиновых меток для различных аминокислотных остатков или для различных участков активного центра делает возможным создание карты активных центров металлоферментов [746]. [c.452]

Некоторые ферменты взаимодействуют со своими субстратами только в сочетании с другими соединениями, называемыми коферментами. Кофер-мент обычно не является белком он представляет собой органическую молекулу значительно более простого строения, чем фермент, и образование комплекса фермент — кофермент обратимо. Данный кофермент может действовать в сочетании с различными ферментами при этом его действие направляется на различные субстраты. [c.84]

Для использования СО2 в ходе эволюции возник механизм фотосинтеза, в процессе которого СО2 превращается в органическое соединение за счет энергии солнечного излучения. Взаимодействие солнечного света с пигментной молекулой - хлорофиллом - переводит электрон в более высокое энергетическое состояние. Энергия, высвобождаемая при обратном переходе электрона на более низкий энергетический уровень, направляется молекулами белка на проведение химических реакций. [c.26]

Монослои липидов на поверхиости воды. Липиды, имеющие в своем составе хотя бы небольшую полярную голову , способны образовывать мономолекулярные пленки на границе раздела фаз (вода и воздух или вода и неполярный растворитель). Липидные молекулы в монослое расположены таким образом, что их полярные головные группы погружены в водную фазу, а углеводородные части направлены в воздух или погружены в органический растворитель. Такая пленка способна сорбировать белковые молекулы. Изучение монослоев липидов, содержащих белок, помогает понять природу взаимодействия липидов и белков в биологической мембране (сорбцию белка на липидной поверхности, электростатические и гидрофобные [c.35]

Молекула белка состоит из одной или нескольких полипептидных цепочек, каждая из которых содержит не менее ста аминокислотных остатков, ковалентно связанных между собой пептидными связями. Белковые молекулы взаимодействуют с водой, с органическими и неорганическими веществами, а также с такими биополимерами, как нуклеиновые кислоты, которые выполняют в растениях множество различных функций регуляторные, транспортные, защитные. Высокой активностью, специфичностью и лабильностью отличаются ферменты, т.е. белки, которые выполняют функции биологических катализаторов. Запасные белки отличаются большей стабильностью, их энергия в основном реализуется в процессах прорастания семян. [c.362]

Приведенные вьппе данные о взаимосвязи и взаимозависимости обмена белков, нуклеиновых кислот, углеводов и липидов убеждают в том что обмен веществ представляет собой стройный ансамбль многочисленных и тесно увязанных друг с другом химических процессов. Ведущая роль в этом бесчисленном множестве взаимодействий принадлежит белковым телам. Благодаря их каталитической функции осуществляется все это великое множество химических процессов распада и синтеза. С помощью нуклеиновых кислот поддерживается строгая специфичность при биосинтезе макромолекул, т. е. в конечном счете видовая специфичность в строении важнейших биополимеров. Благодаря обмену углеводов и липидов в организме постоянно возобновляются запасы АТФ—универсального донора энергии для химических преобразований. Эти же вещества поставляют простейшие органические молекулы, из которых строятся биополимеры и другие соединения. В результате совершает- [c.472]

Биологические реакции идут только при определенных условиях при значениях pH, близких к нейтральному, и температурах, мало отличающихся от 300° К. Границы, в которых допустимы отклонения от этих условий, весьма узки. В органической химии для ускорения реакций их часто проводят в крайне кислотных или крайне щелочных условиях, применяя высокие температуры и мощные окислители или восстановители. В биологических системах, где между различными компонентами должно существовать тонкое равновесие, такие способы исключены, и быстрое достижение равновесия в нужный момент и в нужном месте обеспечивается участием катализаторов. Такие биокатализаторы называют ферментами. Они состоят либо целиком, либо в основном из белка. В состав небелковой части фермента могут входить металлические ионы и некоторые органические молекулы. Если последние обладают каталитической активностью, входя в активный центр фермента, их называют кофер-ментами. Небелковая часть фермента носит название простети-ческой группы. Как и все катализаторы, ферменты не изменяют условий равновесия, а лишь ускоряют достижение равновесия, обеспечивая ход реакции по более быстрому пути. Ферменты, как правило, высокоспецифичны, т. е. взаимодействуют только с одним или несколькими аналогичными соединениями, называемыми субстратами. Благодаря этому они ускоряют определенные реакции, не влияя на скорость других. Это свойство ферментов имеет существенное значение. Специфичность фер-мента, по-видимому, обусловлена его конформацией. [c.380]

Вклад гидрофобного взаимодействия в свободную энергию сорбции органической молекулы на ферменте можно оценить теоретически [261. Однако более плодотворными для оценки прочности гидрофобной связи оказались некоторые эмпирические критерии. В их основу положено представление, что образование комплекса белок — органический лиганд, возникаюш,его в результате гидрофобных взаимодействий, можно рассматривать фактически как термодинамически выгодный перенос аполярной молекулы (или ее фрагмента) из воды в органическую фазу беЛка. Величина поверхности связываемой молекулы [40, 41] — это весьма частный критерий, поскольку на его основании нельзя сравнивать комплексующие свойства соединений, содержащих в молекуле различного рода полярные заместители. Недостаточным критерием гидрофобности ингибиторов или субстратов следует считать также и растворимость их в воде. Использование этой величи- [c.26]

Из всего изложенного следует, что даже столь грубая оценка величины АОвнутр позволяет прийти к выводу, что силы взаимодействия между поверхностным слоем ферментной глобулы и органическими молекулами или ионами вполне могут перекрыть (особенно при многоточечном взаимодействии фермент—лиганд) энтропийные потери, обусловленные необходимым сближением комплексующих агентов (ДСсближ)- Эксперимент подтверждает это представление, поскольку комплексообразование низкомолекулярных лигандов с белками характеризуется весьма высокими значениями констант ассоциации порядка 10 —10 л/моль [30] (см. гл. VH), что соответствует величине АОассоц. равной примерно — (3 — 7) ккал/моль или — —(12,6—29,4) кДж/моль. [c.29]

Для объяснения этих фактов активный центр химотрипсина представляют обычно (в развитие идей школы Нимэнна [55, 64]) состоящим из участков, комплементарных по отношению к отдельным фрагментам молекулы специфического субстрата [7, 59, 65]. Движущая сила сорбции фрагмента К на ферменте — это гидрофобное взаимодействие. Фактически образование комплекса фермент — субстрат обусловлено тем, что боковая гидрофобная субстратная группа подвергается термодинамически выгодной экстракции из воды в органическую среду белка (см. 4—6 этой главы). Молекулярная модель активного центра была предложена Блоу с сотр. [66] на основании результатов рентгеноструктурного анализа кристаллического химотрипсина (см. рис. 9). Размеры гидрофобной полости в районе активного центра составляют (10—12) х(5,5—6,5)Х(3,5—4) А. Эти размеры достаточны, чтобы вместить боковую цепь триптофана или тирозина, но вместе с тем форма полости делает возможной только лишь одну, строго определенную ориентацию плоскости ароматического кольца. [c.134]

Классическая биохимия изучала главным образом жизненно важные процессы в организмах растений и животных с участием органических соединений — белков, углеводов, жиров, нуклеиновых кислот, витаминов, гормонов и др. Она практически не касалась вопросов о воздействии на эти молекулы (и на их биологические функции) многообразных неорганических соединений, поступающих в организм с питательными веществами или другим путем. Сегодня стало очевидным, что в живых организмах присутствуют соединения всех элементов периодической системы, которые в ничтожных, некоторые — минигомеопатических количествах, изначально присутствовали в живых организмах с момента зарождения жизни на Земле, так как попадали тем или иным путем в водоемы, воздух и на луга, а оттуда в организмы животных и растений. В настоящее время, когда техническая деятельность человека и разрущение земных покровов приняло порой неразумные и даже катастрофические размеры, в окружающую среду попадают уже не гомеопатические, а макрогомеопатические количества соединений всех элементов периодической системы, которые, безусловно, оказывают сильнейшее воздействие на жизнь. Поскольку остановить все более стремительное развитие техники и разрушение данной от природы структуры Земли, водных покровов и воздушного океана невозможно в силу того, что это есть следствие развития естественных потребностей человека, крайне необходимо изучать и знать, как состав окружающей среды взаимодействует с биологическими структурами человека, животных и растений и какие непредсказуемые последствия может вызвать. [c.182]

Основная причина агрегации белков заключается, вероятно, в электростатических и вандерваальсовых силах, сходных с силами, действующими при высаливании белков в отсутствие органического растворителя. Гидрофобные взаимодействия имеют здесь меньшее значение из-за солюбилизирующего влияния органических растворителей на неполярные участки белковой глобулы. Было установлено, что вблизи изоэлектрической точки белков осаждение происходит при более низкой концентрации органического растворителя. Это подтверждает предположение о том, что агрегация, происходящая в данном случае, сходна с агрегацией, наблюдающейся при изоэлектрическом осаждении белков. На рис. 3.9 схематически изображены молекулы белков в смеси воды с органическим растворителем агрегация здесь происходит за счет взаимодействий между противоположно заряженными участками на поверхности белков. [c.74]

Прежде всего эта роль определяется значением нековалентпых взаимодействий в формировании пространственной структуры белков и иуклеиновы,ч кислот. В полипептидной цепи каждый хиральный атом углерода связан простыми <т-связя-ми с группами С=0 и NH, что означает возможность заторможенного вращения с низким активационным барьером вокруг этих связей. Вращение вокруг собственно-пептидной связи затруднено, поскольку вследствие р, г-сопряжения эта связь не является строго одинарной. Таким образом, в полипептидной цепи длиной вминокислотных остатков возможно заторможенное вращение вокруг 2N связей. Если принять, естественно с некоторой степенью условности, что каждой из таких связей соответствуют три значения торсионных углов, соответствующих минимумам потенциальной энергии вращения (по аналогии с классической картинкой для вращения вокруг связи С—С в дихлорэтане), то число различных конформаций, которое может принимать полипептидная цепь, составит я Считая, опять-таки с большим элементом условности, что время отдельного поворота вокруг <г-связи имеет порядок 10 с и вращение вокруг всех связей может происходить независимо друг от друга, число поворотов в секунду можно оценить как 2УУ-101 , что для небольшого белка, состоящего всего из 100 аминокислотных остатков, составит 2-10 2. Если бы молекула белка представляла собой статистический клубок, непрерывно случайным образом изменяющий свою конформацию, то некоторую биологически значимую конформацию, необходимую для функционирования белковой молекулы, она принимала бы один раз за 10 с, что абсурдно велико не только по сравнению с временем, реально необходимым для выполнения той или иной функции, но и с временем существования Вселенной вообще. Аналогичная оценка, проведенная для такой достаточно сложной органической молекулы, как NAD, где основная цепочка атомов содержит 14 таких <т-связей, показывает, что время, необходимое для достижения некоторой определённой конформации, существенной для функционирования этой молекулы в химических превращениях и в биохимических системах, составит величину порядка 0,07 с, [c.68]

Многие молекулы органических веществ, например жирные и нуклеиновые кислоты, белки, содержат неполярные участки (рис. 23, г), которые не способны взаимодействовать с водой (гидрофобные), и полярные участки, которые стремятся к образованию водных оболочек (гидрофильные). Гидрофильные молекулы в водных растворах образуют структуры, у которых неполярные гидрофобные участки находятся внутри структуры, а гидрофильные расположены на поверхности и взаимодействуют с молекулой воды. Образованные структуры называются мицеллами (рис. 23, д). Мицеллообразование играет большую роль в построении надмолекулярных структур и клеточных мембран. В таких структурах наблюдается высокая подвижность ионов, что обусловливает электровозбудимость мембран. [c.66]

Влияние лигандов, в том числе органических веществ, на структуру и свойства белков очень разнообразно. Известно, что низшие спирты, амины, амиды и другие вещества вызывают развертывание белковых глобул [128, 130], понижают температуру термического перехода глобула — клубок [131, 132] (в случае рибонуклеазы) и перехода тройная спираль — клубок (для коллагена) [133]. Существуют многочисленные наблюдения, показывающие, что образование комплексов белка с большим числом ПАВ [134—137] может сопровождаться частичной дезорганизацией молекулы белка, проявляющейся в изменении растворимости, вязкости, УФ-спектров, оптического вращения [138—146], Полная дезорганизация белка (денатурация) наблюдается при взаимодействии с большими количествами додецил- и тетрадецилсульфата натрия [142—145]. С другой стороны, известно и стабилизирующее действие органических соединений на структуру белка. Например, в работах [146—149] установлено, что низкие концентрации ПАВ стабилизуют белки против денатурации мочевиной в кислых и щелочных областях pH. Авторы [150] наблюдали стабилизирующее действие стероидов. В работе [151] также отмечалось стабилизирующее действие малых концентраций ПАВ на структуру белка и разрушающее больших. [c.28]

Кадмий — ядовит. В легких вызывает литейную лихорадку, на коже — дерматиты и экземы, трудно поддающиеся лечению. И все же некоторые его соединения имеют применение в медицинской гфактике. По современным представлениям, ртуть и особенно ртутно-органические соединения относятся к ферментным ядам, вызы-зающим отравления и нервные расстройства. Токсичность их обусловлена взаимодействием с группами 5П клеточных протеинов. Нарушается активность основных ферментов. Пары ртз ти, попадая в кровь, циркулируют вначале в организме в виде атомной ртути, но затем она подвергается ферментному окислению и вступает во взаимодействие с 5Н-группами молекул белка, а при большой концентрации ртути — с аминными и карбоксильными группами белков ткани. Ртуть чрезвычайно ядовита и обладает к тому же кумулятивными свойствами. Острые отравления ею немедленно нарушают деятельность кишечника, возникает воспаление десен, гипотермия, ослабление деятельности сердца, падение пульса, обмороки. Поражения возникают даже за счет проникновения ртутных препаратов через кожу. Возможно, что это связано со склонностью элемента образовывать соединения с различными органическими аддендами. При хроническом отравлении возникают язвы [c.301]

Роль переходных металлов в жизнедеятельности организмов в основном опеределяется их каталитическими свойствами. Многие ферменты представляют собой белок как таковой (т. е. являются полипептидами), тогда как другие состоят из белка (называемого в этом случае апоферментом ) и одной или более малых молекул или ионов (кофактор, кофермент или простетическая группа), которые вместе образуют весь фермент или холофермент. Кофермент может представлять собой органическую молекулу, например флавин, пиридоксаль, пнридиннуклеотид и др., соединенную с белком ковалентной связью, водородными связями или за счет вандерваальсовых взаимодействий. Кофактор может быть простым ионом металла, например ионом меди, или комплексом металла с одним или несколькими лигандами, например железопорфирины, кобальт-корриноиды. Если с ионом металла координируется один или несколько анионов аминокислот, то лигандом может служить сам белок, хотя это лиганд необычного типа. Очевидно, такие металлоферменты можно рассматривать как особую группу ферментов или как особую группу комплексов металлов и сопоставлять каталитическую активность ферментов, содержащих и не содержащих металл, или каталитическую активность комплексов переходного металла с белком и без белка. В рамках этого обзора мы не будем рассматривать металлоферменты, в которых ион металла выступает главным образом как льюисовая кислота (как в некоторых гидролитических ферментах [59]). Предметом обзора являются такие металлопротеины, которые сами претерпевают определенные (например, окислительно-восстановительные) превращения в ходе каталитического процесса и в которых в качестве лигандов принимают участие некоторые специфические компоненты, например молекулярный кислород, которые характерны для комплексов переходных металлов. [c.133]

Природа сигнала ЭПР позволяет измерять несколько параметров, которые дают информацию о физических свойствах и микроокружении спин-меток. Спин-метки могут быть размещены на различных органических молекулах в пределах от небольших молекул до белков, углеводов, полинуклеотидов. Различия спектров ЭПР спин-меток зависят от влияния на них микроокружения. Одним из наиболее распространенных параметров ЭПР является постоянная сверхтонкого взаимодействия, позволяющая регистрировать изменения полярности среды выше на несколько десятых нанометра от поверхности спин-метки. Этот параметр определяется измерением магнитного поля между низкими и средними резонансными его линиями, выраженного в Гс. Типичные значения 16,3 Гс для TEMPONE в воде и 14,5 Гс для TEMPONE в гексане. Спин-метки, растворимые в углеводородах, будут давать значения Ам, типичные для углеводородных растворителей в водно-масляных эмульсиях. [c.303]

Первичная структура белка, т. е. последовательность аминокислот в молекуле полипептида, определяет его вторичную и третичную структуры. Взаимодействие белковых молекул с другими белковыми и небелковыми органическими соединениями приводит к образованию четвертичной структуры белков и их встраиванию в те надмолекулярные комплексы, для кото ых эти белки п едназначены. Все эти этапы превращений [c.318]

Одно из преимуществ фракционирования с помощью органических растворителей заключается в том, что его можно проводить при. температуре ниже нуля, так как все смешивающиеся с водой растворители образуют смеси, замерзающие при температуре значительно ниже 0 С. Это очень важное свойство, так как в ходе фракционирования необходимо поддерживать низкую температуру. При температуре выше -ЫО°С становится заметным денатурирующее действие органического растворителя. Денатурация связана с изменением молекулярных гидрофобных взаимодействий, стабилизирующих структуру белка. Отсутствие денатурации при низкой температуре обусловлено малой вероятностью того, что молекулы органического растворителя проникают во внутренние участки белковой глобулы и дестабилизируют ее. При более высоких температурах небольшие молекулы органических веществ проникают в поверхностные трещины , образующиеся спонтанно в результате естественной подвижности структуры, и связываются за счет гидрофобных взаимодействий с внутриглобулярными остатками, такими, как Leu, Пе, Туг, Phe, Val и т.д. (рис. 3.12). С повышением температуры внутренние гидрофобные взаимодействия в белковой молекуле усиливаются и начинают играть относительно более важную роль в поддержании целостности молекулы. Все это ведет к автокаталитической денатурации. [c.76]

Способ получения кристаллов одинаков для всех областей использования кристаллизации (за исключением, может быть, п. 4 — см. далее), поэтому все они могут быть обсуждены вместе. Кристаллы образуются из пересыщенных растворов вследствие агрегации молекул высокоупорядоченным образом, а не результате беспорядочной агрегации, которая приводит к образованию аморфных осадков. Кристаллы в большинстве случаев представляют собой термодинамически более предпочтительное состояние, чем аморфные осадки (в противном случае они не могли бы образоваться) тем не менее при поверхностном взгляде это кажется неожиданным, так как кристаллизация явно сопровождается возрастанием упорядоченности в пространственном расположении белковых молекул, а следовательно, и уменьшением энтропии белка. Однако термодинамика целой системы гораздо сложнее. Разупорядочение ранее связаиных молекул растворителя во много раз превышает фактор упорядочения молекул белка. Простые органические вещества могут кристаллизоваться из подходящих растворителей, и кристаллы за несколько секунд вырастают в размерах до нескольких миллиметров. Но кристаллы белков растут не так быстро, потому что диффузия, столкновения и повороты больших молекул происходят гораздо медленнее. Чтобы взаимодействовать друг с другом соответствующим образом и образовывать правильные кристаллы, молекулы должны сталкиваться только под определенным углом. Но, прежде чем произойдет правильное соударение молекул, может быть много непродуктивных столкновений. Поэтому белковые кристаллы приходится выращивать длительное время, особенно если необходимо получить более крупные кристаллы. Но иногда микрокристаллы образуются очень быстро. Об этом можно судить по появлению характерного двойного лучепреломления при встряхивании суспензии асим- [c.332]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология