Белка внутренняя часть водородные связи

Все клетки, даже самые простые, имеют мембраны. Мембраны отделяют внутреннее содержимое клетки от окружающей среды, поэтому нарушение целостности мембраны приводит к гибели клетки. Мембраны не только сохраняют молекулы веществ, входящих в ее состав, но и реализуют специфику химического состава клеточной цитоплазмы. С помощью специальных устройств мембрана избирательно выбрасывает из клетки ненужные вещества и поглощает из окружающей среды необходимые. Главные компоненты биологических мембран живых организмов — это сложные липиды. Следует обратить внимание на то, что все сложные липиды, описанные в разд. 9, имеют характерное строение для поверхностно-активных веществ, т. е. две большие неполярные углеводородные группы и полярную часть, способную к образованию водородных связей. Таким образом, эти молекулы способны самопроизвольно агрегировать, образуя в воде бислойные структуры, составляющие основу мембраны. В состав мембранного бислоя входят и молекулы белков, и свободные жирные кислоты. Последние встраиваются в бислой так, что их жирные хвосты погружены внутрь, а полярные группы во внешнюю среду и контактируют с ионами натрия с внешней, а с ионами калия с внутренней стороны бислоя (см. рис. 73). Биологические мембраны не только регулируют обмен веществ в клетке, но и воспринимают химическую информацию из внешней среды с помощью специальных рецепторов. Биологические мембраны обеспечивают иммунитет клетки, нейтрализуя чужие и свои вредные вещества. Они также способны передавать информацию соседним клеткам о своем состоянии. Наконец, совсем недавно было обнаружено, что многие белки-ферменты могут работать только внутри мембраны, запрещая, разрешая или сопрягая ферментативные процессы. [c.407]

Эти результаты явно указывают на необходимость учета взаимодействий с растворителем при определении наиболее выгодного состояния белковых молекул. Как этот фактор влияет на наши представления о прочности водородных связей в белках Внутренняя часть белковой молекулы в основном имеет углеводородную природу, и для понимания [c.259]

Поскольку глобулярные белки имеют диаметр около 30 A, боковые цепи не могут располагаться внутри белка без того, чтобы там не находились также полярные амидные и карбонильные группы основной цепи. Однако полярные группы прекрасно сосуществуют с водой, и их локализация во внутренней части без потери свободной энергии возможна, только если они образуют водородные связи. В действительности такие связи наблюдаются для более чем 90% полярных групп, расположенных внутри белка. [c.52]

Упаковка сохраняется в процессе эволюции. Концепция плотной упаковки белка и, следовательно, связанных с ней стерических ограничений, должна быть согласована с образованием большого числа направленных водородных связей практически всеми полярными группами внутри его молекулы. Напомним в связи с этим, что в обычном льде именно из-за образования линейных водородных связей плотность упаковки составляет всего 0,58. Высокая структурная оптимизация в белке подтверждает предположение о том, что эволюционные изменения гораздо реже касались внутренней части белка, чем его поверхности. Кроме того, имеется определенная тенденция ко взаимной компенсации внутренних изменений [67], например изменение Пе-> Val может сопровождаться соседним изменением Gly -> Ala, которое восстанавливает потерянную метильную группу. [c.57]

Пептидные водородные связи. Поскольку полипептидные цепи фибриллярных белков и синтетических полипептидов проявляют значительную тенденцию к образованию водородных связей С=0- -Н—N. то можно ожидать, что эта тенденция свойственна и глобулярным белкам. Однако данные по оптическому вращению, приведенные в табл. 4, ясно показывают, что в водной среде только часть пептидных связей может принимать участие в образовании спирали. Частично спирализованная молекула, не содержащая никаких других элементов упорядочения внутренней структуры, будет иметь длинные участки цепи, свернутые в беспорядочный клубок, так что в этом случае невозможно ожидать наличия специфической компактной формы, характерной для молекул глобулярных белков. Таким образом, для объяснения наблюдаемой формы молекул следует привлечь какие-то другие значительные силы. [c.153]

На поверхности тех и других белков имеется большое количество гидрофильных групп, которые обусловливают создание вокруг этих макроструктур почти сплошной водной оболочки. Гидрофобные радикалы аминокислот, образующие полипептидные цепи, обращены преимущественно внутрь структуры. Несмотря на это, некоторое количество воды может быть связано и внутри белковых макроструктур. Часть гидрофильных групп может содержаться и во внутренних отделах белковых макроструктур кроме того, некоторая часть воды может быть замкнута внутри этих структур в своеобразных ячейках , образованных гидратированными полипептидными цепочками. И, наконец, диполи воды могут попросту вклиниваться в водородные связи, не нарушая при этом их прочности. Принято различать интермицеллярную [c.427]

Например, наличие устойчивых глобул характерно для белков. В водной среде образуются прочные внутренние связи между неполярными группами белковых молекул, а в неводной среде — между полярными группами, которые в значительной своей части являются водородными связями. Более того, первичные надмолекулярные структуры глобулярного типа обнаружены также в полимерах в конденсированном их состоянии [13]. [c.158]

Пробным камнем для обсужденной структуры кератина послужили спектроскопические измерения в инфракрасной области, в особенности измерения дихроизма. Было однозначно показано, что направления связей С = 0 и К—Н параллельны оси нерастянутого волокна, а это означает а-спиральную структуру молекул с внутренними водородными связями. При переходе к р-форме дихроизм меняет знак и связи оказываются перпендикулярными оси макромолекулы, как то и должно быть. Интересно, что измеренный вначале дихроизм N—Н и С=0 колебательных полос оказался относительно малым, если сравнивать белок с модельными пептидами. Это объясняется несовершенством кристаллов в белке и наличием аморфной части. Промывая кератин Н О, можно заменить только в пределах аморфных областей водород на дейтерий и тем самьш исключить поглощение и дихроизм аморфной части волокна, так как частота N—Н -колебаний сдвинута в 1,4 раза. Таким образом удается измерить дихроизм N—Н-колебаний в кристалле кератина. Он имеет нормальную величину порядка 5. [c.87]

Распределение остатков внутри и снаружи молекулы согласуется с данными для других глобулярных белков. Гидрофобные остатки предпочтительнее располагаются внутри молекулы, а заряженные группы — снаружи [52]. Поскольку участок в р-форме находится главным образом внутри глобулы, в нем обнаружено много гидрофобных аминокислот, в том числе лейцина и фенилаланина. Всего в контакте с водой не принимают участия 78 остатков. Из них 22 могут образовывать водородную связь с атомами пептидной связи или близлежащих остатков, и, по-видимому, эта возможность почти во всех случаях реализуется [3, 52]. Два остатка триптофана (63 и 147) и один остаток тирозина (238) спрятаны внутри молекулы КПА. Остальные остатки этих аминокислот находятся в частичном контакте с растворителем. Существование водородной связи между ОН-группой Туг-238 и карбонильной группой Glu-270, вероятно, имеет некоторое значение для конформационного изменения с участием Glu-270 при связывании субстрата, как описано ниже. Четыре из десяти остатков пролина расположены у N-концов спиральных участков, а три —у концов наиболее длинных цепей в слое с р-структурой. Во внутренней части молекулы находятся три карбоксильные группы, принадлежащие остаткам 104, 108 и 292. Конечно, справедливость этого утверждения зависит от того, насколько правильно установлен тот факт, что они являются свободными и не участвуют в образовании амидных связей. Карбоксильная группа Glu-292 образует солевой мостик с Arg-272, так что ее заряд локально нейтрализован. Детальное изучение карт электронной плотности обнаружило неизвестный ранее факт внедрения в молекулу карбоксипептидазы десяти молекул воды [52]. [c.514]

Многие природные полимеры в высокой степени упорядочены. Молекулы, богатые функциональными группами и водородными связями, особенно важны в установлении внешней и внутренней упорядоченности цепей полимера. В настоящее время установлено, что полисахариды и белки часто имеют спиральную форму цепей, поэтому многие водородные связи осуществляются между несоседними единицами одной цепи. Свернутые цепи могут затем упаковываться в порядке, образуя кристаллическую макроструктуру- [c.597]

При денатурации происходит перегруппировка части звеньев цепи с нарушением первоначальной специфической конфигурации и рельефа боковых групп, вследствие чего изменяются или утрачиваются различные свойства белковой молекулы. Спиральная конфигурация белковых молекул со множеством внутримолекулярных химических, водородных, солевых и других связей придает всей молекуле значительную жесткость, что способствует устойчивости структуры активных центров. А.Г. Пасынским было рассчитано, что модуль упругости молекул альбуминов составляет около 15—40 кг/мм", почти на два порядка выше, чем у каучукоподобных полимеров. Благодаря высокой однородности молекул глобулярного белка по форме, размерам и конфигурации они образуют трехмерные кристаллы (размером до долей миллиметра) с хорошо развитыми гранями. Влажные кристаллы, с включением 30—60% воды, дают на рентгенограммах множество точечных интерференций, по которым изучаются размеры, молекулярный вес и внутренняя укладка полипептидных цепей. [c.275]

На поверхности белков имеется большое количество гидрофильных групп, которые обусловливают создание вокруг этих макроструктур почти сплошной водной оболочки. Гидрофобные радикалы аминокислот, образующие полипептидные цепи, обращены преимущественно внутрь структуры. Несмотря на это, некоторое количество воды может быть связано и внутри белковых макроструктур. Часть гидрофильных групп может содержаться и во внутренних отделах белковых макроструктур кроме того, некоторая часть воды может быть замкнута внутри этих структур в своеобразных ячейках , образованных гидратированными полипептид-нымн цепочками. И, наконец, дипольные молекулы воды могут попросту вклиниваться в водородные связи, не нарушая при этом их прочности. Принято различать интермицеллярную воду, находящуюся в свободном состоянии между отдельными белковыми макромолекулами, и интрамицеллярную воду, находящуюся внутри белковых глобул. Для устойчивости коллоидиых частиц имеет значение только вода, создающая внешнюю водную оболочку. Именно она и препятствует столкновению и объединению белковых макромолекул. [c.339]

Величина ДОп еренос пропорциональна контактной поверх ности. Линейная зависимость между площ,адью доступной поверхности неполярной боковой цепи и величиной Д( перенос согласуется с гипотезой айсберга , поскольку можно ожидать, что число упорядоченных молекул воды пропорционально поверхности контакта. Как видно из рис. 1.8, на каждый диполь приходится уменьшение абсолютной величины ДСпереиос примерно на 1,5 ккал/моль. Однако эта величина была определена для переноса в этанол или диоксан, где водородные связи не столь прочны, как во внутренней части белка. В случае белка внутренние водородные связи частично компенсируют это уменьшение и значения для более полярных боковых цепей, например Thr и Туг, находятся, как видно из рис. 1.8, ближе к прямой неполярных остатков. Таким образом, выигрыш в ДСперенос примерно одинаков для полярных и неполярных групп, а величина ДСперенос приблизительно пропорциональна обш,ей площ,ади доступной (полярной и неполярной) поверхности с коэффициентом пропорциональности, равным 0,025 ккал/моль [c.53]

Поверхность раздела обнаруживает сходство с внутренней частью белка и в отношении водородных связей, которые образуются почти всеми ее полярными группами [266]. Кроме того, все заряженные группы связаны солевыми мостиками. Напомним, что рис. 3.3, по которому величина АОперенос полярных групп приблизительно равна АОперенос неполярных групп, основан на данных об образовании эффективных водородных связей и солевых мостиков во внутренней части белка. [c.125]

Взаимодействие боковых цепей гема и апобелка может осуществляться всеми известными способами связывания. Боковые цепи гема в различных гемсодержащих белках выполняют разные роли. В цитохроме с обе винильные группы (в исключительных случаях только одна [509]) образуют ковалентные связи с ys-14 и ys-17 апобелка одна заряженная пропионовая группа находится на поверхности молекулы, а вторая взаимодействует посредстЕОм водородной связи, по-впдимому имеющей функциональное значение,, с внутренней частью молекул. Одна или обе пропионовые группы,, по-видимому, существенны для структуры или функции (или для обеих) пероксидазы из хрена [641] и цитохрома Ь из золотистой фасоли [642]. [c.250]

Водородные связи, которые обычно образуются в результате взаимодействия фенольного гидроксила тирозина (14) и карбоксила глутаминовой (24) или аспарагиновой кислоты, могут вносить свой вклад в стабилизацию третичной структуры. Ионные взаимодействия, например между р-карбоксильной группой аспарагиновой кислоты (18) и е-аминогруппой лизина (8), также, по-видимому, участвуют в стабилизации структуры. Ди-сульфидные связи могут быть образованы между боковыми цепями или группами К двух остатков цистеина (4, 10) естественно ожидать, что белковая структура, фиксированная такими связями, будет очень стабильна. Недавно было высказано предположение, согласно которому внутренняя часть белковой молекулы представляет собой каплю масла . Это дает основания утверждать, что гидрофобные взаимодействия могут быть важным фактором в определении третичной структуры. Неполярные группы К таких аминокислот, как фенилаланин (11), лейцин (13), триптофан (15), изолейцин (16) и валин (19), несовместимы с высокополярными молекулами воды. Рентгеноструктурное исследование подтвердило предположение, что эти группы стремятся разместиться во внутренней части пептидной цепи и исключить воду из своего непосредственного соседства. Стабилизация структуры белка, являющаяся результа-татом этого процесса, имеет энтропийную природу, и, хотя для белков оиа не может быть точпо рассчитана, ее можно оценить, измеряя термодинамические параметры переноса углеводородов из неполярных растворителей в воду. Например, переход [c.381]

Было бы, конечно, заманчиво сделать заключение, что конфигурация цепи в свернутых белках также характеризуется структурой, в которой все водородные связи участвуют в образовании внутренних циклов в самой цепи. Такая интерпретация была предметом оживленной дискуссии. Рассмотрим свойства белков, которые отличают их от большинства изученных до настоящего времени синтетических полипептидов. Прежде всего отметим, что белки большей частью представляют собой продукты, водорастворимые или абсорбирующие воду. На этом основании мы вправе ожидать известного взаимодействия между молекулой воды и амидной группой. [c.312]

Остатки тирозина, обладающие малым сродством к воде, очевидно, находятся во внутренней гидрофобной части макромолекулы (отличающейся низкой диэлектрической проницаемостью) и потому слабо поддаются ионизации. Источником дополнительной стабилизации для некоторых групп могут служить водородные связи. Подобного рода замаскированные группы наблюдаются и в других белках это относится также и к сульфгид-рильным группам цистеина. [c.118]

Некоторые белки, разумеется, содержат внутреннюю воду, и такие молекулы воды, без сомнения, имеют значительно большую продолжительность пребывания на одном месте, чем молекулы вне поверхности белка. Наименьшая такая молекула — ингибитор трипсина поджелудочной железы, содержащий только 58 остатков в плотной компактной структуре, с четырьмя внутренними молекулами воды [28]. Эти молекулы являются важной частью белка, связывая водородными связями области, которые иначе имели бы ненасыщенные связи. Серин-протеазы —химотрипсин [29], трипсин [30] и эластаза [31] — имеют значительное число внутренних молекул воды 24—25 для трипсина и эластазы и находятся в основном в соответствующих местах этих подобных друг другу структур. [c.89]

В. Уотерс (W. А. Waters, Oxford University) Я хотел бы присоединиться к высказываниям председателя (см. статью 28), относительно трудностей, с которыми мы сталкиваемся при объяснении ферментативных реакций при помощи механизмов, используемых обычно химиками-органиками. В принимаемой в настоящее время структуре молекул белка большее число групп NH—СО, способных образовывать водородные и иные связи с субстратами, расположено во внутренней части спирали, в то время как инертные группы, например С—Н, метильные, амильные и фенильные группы, находятся на внешней стороне спирали. Если даже белок и имеет полярные группы, такие, как ОН, способные функционировать с внешней стороны спирали, то и в этом случае нет никаких веских оснований считать, что эти группы должны вступать в какие-либо реакции, отличные от реакций подобных групп в простейших спиртах и т. п., или что простое соседство двух полярных групп в расположенных рядом аминокислотных остатках белка достаточно, чтобы объяснить их особую химическую активность. [c.421]

Оценивая роль различных взаимодействий в стабилизации глобулярных бел-ков, следует считать, что характер нативной конформации определяется не каким-либо одним эффектом, а представляет собой результат совместного тонко сбалансированного действия целого ряда энергетических и энтропийных факторов. Водородные связи, образованные между полярными группами и водой и внутри глобулы, — главный фактор в обеспечении стабильности отдельных областей молекулы белка. Они ограничивают локальные конформационные изменения внутри белка, определяя жесткость конструкции и общий характер потенциальных барьеров для внутренних движений частей нативной структуры. В то же время гидрофобные взаимодействия между боковыми группами на отдельных участках основной цепи играют решаюшую роль в процессах сворачивания глобулы из первичной аминокислотной последовательности и в определении ее общей формы. В обоих случаях вода как растворитель имеет огромное значение, облегчая полярные взаимодействия за счет образования водородных связей как на поверхности, так и внутри макромолекулы белка. [c.234]

Субъединицы могут быть образованы как идентичными по-липептидными цепями, так и различающимися. Как правило, области контакта субъединиц упакованы так же плотно, как и внутренняя часть белков, а расположенные на поверхности группы и ионы образуют ионные и водородные связи [17]. Изменение третичной структуры гемоглобина сопровождается смещением плотно упакованных субъединиц друг относительно друга. [c.25]

Равновесие 2К5Н- - /гОг = — ЗН + НгО сильно сдвинуто вправо, если раствор нейтрален или содержит неболь-щие количества щелочей в кислых растворах, наоборот, устойчивы сульфгидрильные группы 5Н. Связи — 5 —5 — могут быть внутримолекулярными или связывать мономерные единицы белка (например, сывороточный альбумин) в одну крупную частицу. В стабилизации формы молекулы играют роль и гидрофобные связи. Гидрофобные связи возникают за счет сил взаимодействия между углеводородными частями молекул белка. Углеводородные группы белковых частиц, находящихся в водной среде, ориентированы во внутренние зоны частицы, а гидрофильные группы (ОН, СООН) находятся на внещней стороне, которая обращена к воде. Вследствие этого внутри молекулы белка возникает углеводородное ядро, причем для того, чтобы его разрушить и перевести углеводородные группы в водную среду, надо затратить работу. Это и означает, что между углеводородными частями молекулы действуют силы притяжения. Кроме водородных, дисуль-фидных и гидрофобных связей, в поддержании формы молекулы белка принимают участие и другие факторы имеет значение возникновение солевых мостиков, действие сил Ван-дер-Ваальса особенно большое влияние оказывают молекулы воды. Сохранение определенной формы молекулы важно с биологической точки зрения. Оно обеспечивает, в частности, такое взаимное расположение групп атомов на поверхности молекулы, которое необходимо для проявления каталитической активности белка, его гормональных функций и т. д. Поэтому устойчивость глобул, так же как и многие особенности структур биологически активных молекул, не случайное свойство, а одно из средств стабилизации организма. [c.57]