Белка внутренняя кристаллом

Углеводная часть придает гликопротеинам большую биохимическую специфичность. Это своего рода векторные группы протеинов, узнающие участки других молекулярных биоструктур макромолекул, мембран клеток. Кроме информативной углеводные компоненты выполняют и другую, не менее важную функцию они значительно повышают стабильность молекул гликопротеинов по сравнению с апопротеинами. Гликопротеины выдерживают более высокие и более низкие температуры без изменения своих физико-химических свойств, т. е. наличие углеводного фрагмента препятствует денатурации белка. Этими свойствами объясняется высокое содержание гликопротеинов в крови, клеточных мембранах, внутриклеточной жидкости. Например, у антарктических рыб гликопротеины играют роль антифризов, препятствующих образованию кристаллов льда во внутренних средах организмов. [c.89]

Не следует путать полости и внутренний растворитель, рассматриваемые здесь, с полостью и внутренним растворителем между белковыми молекулами в кристалле. Такой растворитель в большом количестве находится между молекулами белков в кристаллах, однако он не рассматривается как часть третичной структуры. [c.109]

На первый взгляд может показаться, что рассмотренный механизм структурирования белковой цепи принципиально не отличается от кристаллизации низкомолекулярных соединений и образования у некоторых синтетических полимеров линейных регулярных форм. Это, однако, не так, хотя в обоих случаях процессы осуществляются посредством случайных флуктуаций и взаимодействий валентно-несвязанных атомов. Существенное различие состоит в том, что кристаллизацию малых молекул в насыщенном растворе и формирование ближнего порядка (одномерного кристалла) у искусственного полимера можно представить равновесными процессами, т.е. путем обратимых флуктуаций и непрерывных последовательностей равновесных состояний. Сборку же белковой цепи в трехмерную структуру нельзя даже мысленно провести только через равновесные положения системы и без привлечения бифуркационных флуктуаций. Механизм пространственной самоорганизации белка имеет статистико-детерминистическую природу и поэтому является принципиально неравновесным. Его реализация невозможна без необратимых флуктуаций, а его описание - без установления связи между свойствами макроскопической системы и внутренним строением ее микроскопических составляющих. С позиции равновесной термодинамики подобные явления просто не могут существовать. [c.99]

Наблюдаемые плотности упаковки показывают, что метафору Козмана о капле масла не следует понимать буквально. Внутренняя часть белка более похожа на кристалл. Это подтверждается также слабой сжимаемостью белков по сравнению с маслом [65, [c.57]

Кристаллы белков, как и их растворы, содержат воду. Однако даже в кристаллах эта вода находится на поверхности макромолекулярной структуры. Значительная внутренняя область белковой молекулы практически не контактирует с водным раствором и недоступна даже для содержащихся в нем малых молекул. Существование такого недоступного ядра повышает стабильность белковой структуры. Ядро может иметь такую физико-химическую природу, при которой водородные связи, гидрофобные взаимодействия и вообще все типы взаимодействий, стабилизирующих вторичную и третичную структуры, оказываются гораздо более сильными, чем в водном растворе. [c.28]

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]

На этот и многие другие вопросы удалось получить ответ лишь после развития методов, чувствительных к низкочастотной диффузионной подвижности связанной воды в гидратированных веществах, диффузии и самодиффузии, реориентации и ориентационной диффузии, процессам обмена. Однако решающий прогресс в данной области не мог быть достигнут, пока не удавалось получить полное решение теоретической задачи о виде связи между параметрами спектров ЯМР и микроско-скопическими характеристиками молекулярного движения в твердом теле. Только в последнее десятилетие получено адекватное решение этой задачи, найдены точные критерии достоверности полученных решений и разработаны общие принципы методики исследования внутренней подвижности воды в гидратированных веществах ( метод узких дублетов ). Наиболее существенным при этом явилось обнаружение связи спектральных ЯМР-характеристик связанной воды со строением матрицы (содержащего воду кристалла), а в случае глин и белков — со строением гидратированной поверхности (субстрата). Последнее, по мнению авторов, открывает новые перспективы применения метода ЯМР широких линий в различных областях, в том числе в биологических и медицинских исследованиях. [c.4]

Поиск глобального минимума. Молекулы, обладающие внутренним вращением, обычно имеют не один, а несколько или даже очень много локальных минимумов. Если глобальный, т. е. самый глубокий, минимум существенно глубже локальных, то можно ожидать, что конформация, соответствующая ему, будет присутствовать в равновесной смеси с наибольшим весом и имеет большие шансы реализоваться и в кристалле. Количество локальных экстремумов обычно быстро растет с увеличением числа параметров, описывающих внутреннее вращение. Так, в открытых цепях насыщенных углеводородов число минимумов, грубо говоря, равно 3" , где п — количество атомов углерода главной цепи. В циклоалканах количество минимумов меньше, поскольку условия замыкания цикла накладывают серьезные ограничения на потенциальную функцию. Очень велико число локальных минимумов для белков если принять, что каждый остаток имеет три формы R, В и L (см. гл. 8), то число минимумов для молекулы лизоцима, содержащей 129 остатков, будет близким к 3 . [c.124]

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]

Каковы данные по состоянию воды в гидратной оболочке белка Основной вклад в энергию гидратации дают водородные связи между водой и полярными группами молекулы белка. Для образования гидратной оболочки глобулярных белков имеет значение пространственная доступность протон-донорных и протон-акцепторных центров для взаимодействия с молекулами воды. Оказалось, что гетероатомы нерегулярно расположены на поверхности глобулы, которая не может служить матрицей для кристаллизации воды. Так как число и размеры гидрофобных участков на поверхности также невелики, то шуба из уплотненных молекул воды вокруг глобулы не образуется, количество гидратационной воды, определенное различными методами, составляет 0,3-0,4 г НгО/г сухого белка, а обш ее содержание воды в кристаллах глобулярных белков не превышает, как правило, 0,45-0,60 г НгО/г сухого белка. Следовательно, количество свободной воды в белке невелико. Она, в частности, может заполнять внутренние полости , свободные от белкового веш ества, содержание воды в этих полостях также невелико (в лизоциме — 2, трипсине —12 молекул). Она может обмениваться с поверхностными водными слоями вследствие флуктуационных открытий внутренних полостей. [c.235]

В трактовке дифракции рентгеновских лучей кристаллами белка н его изоморфных производных предполагается, что принадлежащие атомам электроны являются свободными и в таком состоянии приводятся в вынужденные колебания с частотой со, равной частоте первичного рентгеновского излучения Амплитуда нормального, упругого рассеяния [/°(0)] зависит от брэгговского угла (0), определяющего направление в пространстве дифрагированного луча, но не зависит от длины волны (X). В общем случае это предположение некорректно, поскольку электроны в атомах не являются свободными, а взаимодействуют, особенно эффективно на внутренних К- и -орбиталях, с ядром и друг с другом. В классической теории рассеивающие атомные центры рассматриваются наборами дипольных осцилляторов, имеющих собственные частоты колебаний (0)5), которые равны частотам поглощаемого атомом электромагнитного излучения. Когда частота падающей волны значительно отличается от частот собственных колебаний электронов (о) > 0) или ш a)J), интенсивность дифрагированного луча практически полностью определяется нормальным рассеянием, и поэтому поглощением обычно пренебрегают, т.е. считают 0)5 = 0. Однако если частота рентгеновского излучения становится сопоставимой с частотами собственных колебаний электронов (со со ), возникает резонанс, изменяющий амплитуду и фазу рассеяния. Имеет место аномальное рассеяние. [c.157]

Разрешение 20 А не является предельным для электронно-микроскопических методов. Рекордное по разрешению исследование было выполнено для бактериородопсина. Высокая упорядоченность кристаллов и уникальная радиационная стабильность позволили получить модель пространственной структуры белка с разрешением 7 А. Это дало возможность не только выявить внешнюю форму молекулы, но и описать ее внутреннюю структуру, а использование низкотемпературных микроскопов — собрать набор экспериментальных данных до разрешения 3 А в плоскости мембраны и, в конечном итоге, рассчитать атомную модель структуры белка. [c.215]

В середине 1930-х годов Дж. Берналом, Д. Ходжкин, И. Фанкухеном, Р. Райли, М. Перутцем и другими исследователями начато изучение кристаллографических трехмерных структур глобулярных белков. Получены лауэграммы пепсина, лактоглобулина, химотрипсина и некоторых других хорошо кристаллизующихся водорастворимых белков. Картины рассеяния рентгеновских лучей от монокристаллов содержали десятки тысяч четко выраженных рефлексов, что указывало на принципиальную возможность идентификации координат во много раз меньшего числа атомов белковых молекул (за исключением водорода). На реализацию этой возможности ушло более четверти века. Однако сам факт наблюдения богатых отражениями рентгенограмм говорил о многом. Например, он позволил сделать вывод об идентичности всех молекул каждого белка в кристалле, как правило, не теряющего в этом состоянии свою физиологическую активность. Кроме того, были оценены ориентировочные размеры, формы, симметрия и молекулярные массы исследованных белков, размеры их элементарных ячеек, а также возможное число аминокислотных остатков в ячейке. Дальнейшее развитие этой области вплоть до начала 1960-х годов замкнулось на решении внутренних, чисто методологических задач, связанных с расшифровкой рентгенограмм. [c.70]

Наиболее простой моделью является та, в которой конденсат трактуется как сплошная среда, т. е. рассматривается макроскопически, без углубления в детали его внутренней структуры и структуры поверхности, ограничивающей тело. Такой подход, свойственный классической физике, при обобщении опытных данных дает возможность сформулировать наиболее общие, сравнительно простые законы, но не обладает достаточной предсказую-щей силой и глубиной. Наиболее действенным является микроскопический подход он особенно эффективен при интерпретации наблюдаемых свойств и явлений в чистых кристаллических твердых телах. Хуже обстоит дело с микроскопией свойств некристаллических твердых тел [3], особенно белковых. Белковые вещества — крайне индивидуализированные системы с очень сложным и высоким порядком, но не с таким примитивным порядком, ка- -кой существует в чистых кристаллах. Белки — основа живого. Глубокое изучение биологических конструкций только начинается. Не лучше обстоит дело и с микроскопией жидких кристаллов [4 ]. [c.12]

Полную структуру обычно записывают в виде таблицы, включающей все атомные координаты. В этой таблице каждый атом описывается своим внутренним обозначением в пределах данного остатка, а также названием остатка и его порядковым номером (например, 0=2 01и-131). В некоторых случаях указывается также подвижность атомов в кристалле белка. Все эти сведения собраны в банке данных о белках [390], откуда они предоставляются по запросам в виде записей на магнитной ленте. Чтобы использовать эти данные, обычно нужно состав11ть собственную программу для ЭВМ. [c.161]

Образование двойного слоя ионов за счет поверхностной диссоциации, обусловленной гидратацией поверхности, характерно для многих минералов, грунтов, почв, стекла, нерастюримых окислов, белков. При соприкосновении с водой нерастворимых силикатов и алюмосиликатов на поверхности их образуются сложные анионы поликремние-вых кислот. Они прочно связаны со скелетом твердой фазы и остаются в в ней, образуя отрицательно заряженную внутреннюю обкладку. Катионы же (Na" , К , Н ) выходят в раствор, но электростатически удерживаются вблизи поверхности, образуя внешнюю обкладку двойного слоя ионов. Например, если поместить кристаллы кварца в воду, то молекулы SIO2, находящиеся на поверхности кристалла, не покидая ее, гидратируются и превращаются в кремниевую кислоту, способную диссоциировать [c.194]

Изучение внутренних движений. Для изучения движения различных участков белковой глобулы применение метода ЯГР естественно ограничено из-за сравнительно небольшого числа мёссбауэровских атомов ( Ге) в белке. Этот недостаток в известной степени компенсируется применением метода ГР-спектроскопии в сочетании с рентгенодинамическим анализом (РДА), основанным на дифракции рентгеновских лучей на различных атомах. По сравнению с характеристическими частотами движения в белке дифракция рентгеновских лучей есть мгновенный процесс (т 10 1 с), и поэтому метод РДА практически позволяет определять только статистический беспорядок (дефекты решетки, неупорядоченность в кристалле белка). Фактически здесь определяются не частоты движения, а величины (Ждбщ)) обусловленные как статистическим беспорядком, так и реальными движениями атомов при переходах между конформационными подсостояниями [c.295]

В двух рассмотренных примерах диффузия белков и липидов ограничивалась специализированными доменами, расположенными на непрерывной плазматической мембране. У клеток есть и более сильные способы иммобилизации определенных мембранных белков. Это хорошо видно на примере пурпурных мембран Haloba terium. В данном случае молекулы бактериородоисина собраны в большие двумерные кристаллы, в которых отдельные белковые молекулы фиксированы по отпошепию друг к другу. Крупные агрегаты такого типа диффундируют очень медленно. В более общем случае ограничение латеральной подвижности специфических мембранных белков связано с их взаимодействием с макромолекулярными образованиями, находящимися снаружи или внутри клеток Мы уже говорили о том, что некоторые мембранные белки эритроцитов тесно связаны с внутренним цитоскелетом В клетках других типов белки плазматической мембраны могут быть также связаны с цитоскелетом или внеклеточным матриксом, либо и с тем и с другим. Четыре известных способа иммобилизации специфических мембранных белков показаны на рис. 6-38. [c.376]

Дж. Бернал в конце 1930-х годов предложил два подхода к решению проблемы фаз в рентгеноструктурном анализе белков [180]. Оба они включали функцию Паттерсона и основывались на изменении интенсивностей отраженных рентгеновских лучей, которое обнаруживалось даже при небольших модификациях кристаллов. Первый из них, так называемый метод набухания и усадки, пытался в течение ряда лет использовать Перутц для определения фаз в дифракционной картине гемоглобина [181-187]. Заметного успеха в решении проблемы добиться не удалось. Тем не менее в этих работах Перутца были получены интересные данные, касающиеся внутреннего устройства гемоглобина. В частности, результатом наблюдения изменения интенсивностей дифракционных рефлексов, происходящего из-за диффузии солей в жидкость при кристаллизации белка, явилось правильное определение внешнего очертания полипептидной цепи макромолекулы. Полученное представление подтверждено изучением дифракционных картин кристаллических форм с разной упаковкой молекул. У. Брэггом и М. Перутцем обнаружено соответствие между рентгеновской дифракцией а-кератина и паттерсоновским синтезом гемоглобина [188, 189]. Пространственная векторная карта свидетельствовала о присутствии в структуре стержней протяженностью не менее 10,0 A, разделенных между собой фрагментами в 5,0 A. Был сделан вывод о том, что форма этих стержней соответствует структуре полипептидной цепи а-кератина. Подобные стержни вскоре были найдены Кендрью в миоглобине [190, 191]. После открытия Полингом радиальной усредненной векторной плотности пат1ерсоновского синтеза было высказано предположение, что гемоглобин представляет собой ансамбль а-спиралей. [c.43]

При замораживании, когда происходит разрушение мембраны кристаллами льда, субстрат окисления (фосфолипиды) и катализатор (железосодержащие белки) изменяют свою пространственную и структурную упорядоченность таким образом, что процессы перекисного окисления липидов ускоряются. В-четвертых, мембраны митохондрий обогащены заряженными фосфолипидами — кардиолипином (15%) и фосфатидилинози-том (8—10%). что обусловливает суммарный отрицательный заряд поверхности мембраны. Все эти типы фосфолипидов, составляющие 97% фосфолипидов мембран митохондрий, расположены в основном в наружном слое внутренней мембраны и содержат большое количество полиненасыщенных жирных кислот. [c.28]

Значение средней плотности упаковки во внутренних областях рибонуклеазы S примерно равно 0,75, что лежит в пределах, найденных для кристаллов типичных небольших органических молекул. Напрнмер, для кристаллов Gly—Phe—Gly плотность упаковки равна 0,749. Однако она немного колеблется, даже если усреднение проноднтся по достаточно большим областям белка. Надо отметить, что в областях, соседних с бороздкой активного центра, плотность упаковки невелика, тогда как в областях, расположенных рядом (т.е. дальше от актинного центра), она намного пренышает среднюю величину. Это может играть определенную функциональную роль. Более рыхлые области обладают большей гибкостью, что допускает внутренние движения, повороты боковых групп и т.д. Области с высокой плотностью упаковки, по всей вероятности, обладают очень большой [c.109]

Из рассмотренных нами примеров АТСазы и других объектов совершенно очевидно, что для понимания свойств, определяющих стабильность четвертичной структуры, надо изучить контакты между субъединицами. Число четвертичных структур, определенных с высоким разрешением методом рентгеноструктурного анализа, пока довольно ограниченно. Однако весьма интересно было бы узнать, что может служить ключом к разгадке сил, связывающих субъединицы мевду собой. В табл. 2.9 суммированы данные о типах взаимодействий мевду субъединицами, находящимися в контакте. Как видно из таблицы, всегда преобладают вандерваальсовы контакты. Это говорит о том, что между ассоциированными субъединицами существует хорошее стерическое соответствие. Выше для отдельных субъединиц белка была рассчитана плотность упаковки внутренних остатков. Аналогичный подход можно использовать для расчета плотностей межсубъединичных контактов. Результаты показали, что плотность упаковки боковых цепей на поверхностях контактирующих субъединиц почти такая же, как и в кристаллах аминокислот. Другими словами, поверхности белковых молекул в значительной степени комплементарны друг другу. [c.138]

Так как для глицеральдегид-З-фосфат — дегидрогеназы из В. stearothermophilus создана молекулярная модель, основанная на данных рентгеноструктурного анализа, в ближайшем будущем должно появиться больше сведений о возможных структурных изменениях этого фермента. Можно ожидать, что исследования кристаллов белков с помощью рентгеноструктурного анализа сыграют решающую роль в выяснении структурных различий между мезофильными и термофильными белками. Есть надежда, что такой анализ позволит более глубоко проникнуть в тонкую структуру белков и выявить те особенности этой структуры, которые сообщают внутреннюю термостабильность белкам облигатных и кальдоактивных термофилов. Однако создается впечатление, что в некоторых случаях молекулярный механизм (или механизмы) термофилии может, по-видимому, выходить за рамки этих кажущихся окончательными критериев и для его понимания потребуются более детальные исследования, такие, как ступенчатая тепловая денатурация, осуществленная на рибонук-леазе, моделирование внутриклеточной среды и генетические манипуляции. [c.310]

Биохимические и рентгеноструктурные Исследования органического остова раковин моллюсков показали, что он образован внутренним компонентом, состоящим из белка (подобного фиброину шелка) и часто хитина (Weiner, Traub, 1980, 1981). Внутренний компонент с обеих сторон покрыт слоями вещества, обладающего кислотными свойствами. В соответствии с предложенной моделью кристаллизации этим поверхностным слоям отводится роль носителей центров кристаллизации они же обеспечивают надлежащую ориентацию кристаллографических осей, а также, по необходимости, приостанавливают рост кристаллов. Внутренний компонент служит остовом для кислых белков, а также выполняет механические функции. В обзоре Вейнера и соавт. (Weiner et al., 1983) подробно рассматриваются структура и функции остова у моллюсков и других эукариотических организмов. [c.19]