Коллаген конформации

Молекула любого белка обладает в нативном состоянии характерной для нее пространственной структурой— конформацией. Белки делят в зависимости от конформации на фибриллярные и глобулярные. Фибриллярные белки нерастворимы в воде и разбавленных солевых растворах. Молекулы их имеют очень вытянутую форму. Растворы фибриллярных белков обладают большой вязкостью. Примером может служить коллаген — белок соединительной ткани. Глобулярные белки растворимы в разбавленных солевых растворах, их молекулы имеют форму шара или эллипса. [c.36]

Наличие поперечных химических связей в белках сообщает им специфические свойства, такие, как нерастворимость, меньшая способность к набуханию под действием полярных растворителей и повышенная прочность в мокром состоянии. В небольших молекулах таких биологически активных белков, как инсулин и рибонуклеаза, поперечные дисульфидные мостики оказываются необходимыми для проявления этими белками биологической активности. При этом дисульфидные поперечные связи не участвуют непосредственно в биохимических процессах, а функции их заключаются в сохранении в неизменном состоянии такой конформации молекул белка, которая необходима для проявления биологической активности. Модификация дисульфидных поперечных связей шерсти, а также введение в нее новых поперечных связей часто придают новые интересные свойства этому белку. Такими свойствами могут быть повышение прочности на разрыв, уменьшение способности к свой-лачиванию, увеличение устойчивости к агрессивным химическим реагентам (щелочи, кислоты, окислители или восстановители), повышение устойчивости к моли и износостойкости, а также повышение прочности окрашивания. Было показано, что дубление коллагена, необходимое для превращения сырья в технический продукт, также является процессом образования поперечных связей. Поскольку коллаген не содержит цистеина или цистина, в сшивании, протекающем при дублении, участвуют, по-видимому, другие группы, возможно аминные и гидроксильные. В настоящем разделе будут рассмотрены в первую очередь поперечные химические связи упоминавшихся выше классов белков. Шерсть — типичный кератин, являющийся одним из наиболее детально изученных в этом плане белков, дает интересные и наглядные примеры образования, расщепления и поведения как дисульфидных, так и вводимых искусственно поперечных химических связей другого типа. [c.395]

По структуре коллаген отличается от других фибриллярных белков. Каждая полипептидная цепь имеет конформацию левой спирали, а три такие цепи удерживаются вместе водородными связями и образуют правую трехнитевую спираль. Исходя из этой структуры, можно понять, почему каждый третий аминокислотный остаток в полипептидной цепи коллагена — глицин три цепи удерживаются межцепочечны-ми водородными связями так тесно, что пространство между ними до-статочно лишь для боковой цепи, размеры которой не больше атома водорода. Расположенные плотно цепи атомов, соединенные ковалентными связями, обеспечивают такому фибриллярному белку исключительную прочность — волокно сухожилий имеет почти такой же предел прочности на растяжение, как и проволока из малоуглеродистой стали того же диаметра. В сухожилиях полипептидные цепи вытянуты вдоль оси ткани, в то время как ткань роговицы глаза образована чередующимися слоями, в которых цепи расположены под прямыми углами одна относительно другой. [c.435]

В связи с рассмотренными расчетами возникает ряд важных для структур фибриллярных белков вопросов, которые, вероятно, будут решены в ближайшем будущем 1. Изменит ли учет атомов водорода оптимальные конформации и их относительные стабильности, найденные минимизацией потенциальной функции Имеются ли еще локальные минимумы потенциальной поверхности и если да, то сколько 3. Каковы барьеры, разделяющие локальные минимумы 4. Достаточно ли места в найденных структурах для вхождения молекул воды и какая будет детальная геометрия тройной спирали с молекулами воды 5. Будет ли тройной комплекс стабильнее, чем двойной или четверной (разумеется, это надо доказать) 6. Каковы оптимальные структуры подобных последовательностей, тоже моделирующих коллаген, например (—Гли-Про-Гипро—) 7. Будут ли отличаться структуры для случайных последовательностей аминокислот [c.147]

Отсюда можно заключить, что либо дегидратация не является процессом, достаточным для нарушения конформации, либо возникновение точечных дефектов в коллагене связано с другими причинами. [c.133]

Примечательно, что одна и та же химическая структура - аминокислотная цепь - может приобретать самую различную конформацию. Назовем, например, резиноподобный эластин, похожий на стальной трос коллаген, разнообразные глобулярные белки - ферменты, очень различающиеся по форме своей каталитической поверхности. На рис. 3-30 показано, сколь различную форму может в принципе принимать полипептидная цепь длиной в 300 аминокислот. Реальная конформация, как мы уже отметили, полностью зависит от последовательности аминокислот. [c.143]

Конформации полисахаридов весьма разнообразны, поэтому ясно, что понятие о различных уровнях структурной организации, которым мы пользовались при описании строения белков или нуклеиновых кислот, полезно и в данном случае. Как правило, первичная структура полисахаридов весьма регулярна — полимер состоит из больших блоков, в которых повторяются один и тот же остаток или одинаковая последовательность остатков. В этом отношении полисахариды напоминают такой структурный белок, как коллаген. [c.198]

ЖЕЛАТИНА (желатин), белковый материал, полидисперс-ная смесь полипептидов (мол. м. 50—/О тыс.) и их агрегатов (мол. м. до 300 гыс.). Образуется из коллагена при длит. щел. обработке дермы, костей, хрящей, сухожилий с послед,. экстрагированием водой при 50—100 °С. Процесс сопровождается денатурацией коллагена, расщеплением его полипептидных цепей, гидролизом амидов и др. Ж. сохраняет способность к образованию трехспиральиой конформации, свойственной коллагену. Характерное для Ж. образование студней использ. при получении фотопленки и в пищ. пром-сти. [c.199]

Имеется и другое основание для предположения о существовании конформационных перестроек макромолекул коллагена. Хорошо известно, что способность к Стабилизации солевого состава крови в организме появляется лишь в определенном возрасте (для человека это 5—6 лет), так что избыточное введение соли ъ более раннем возрасте может привести к гибели. Предполагают, что важную роль в возникновении способности к стабилизации солености играет тот же коллаген в составе кожи, стенок кровеносных сосудов, желудка и других органов. Но поскольку ни морфология, ни состав коллагена при этом не изменяются, остается считать, что под действием какого-то трансмиттера (вероятно, сопряженного с гормоном роста) в определенном возрасте существенно изменяется конформация коллагена так, что этот белок становится способным не только связывать соль, но и играть роль эффективного барьера на пути концентрированных солевых растворов. [c.78]

Каждая из пептидных цепей коллагена имеет конформацию спирали, отличающейся от а-спирали в молекуле коллагена все три спирали, в свою очередь, перевиты друг с другом, образуя плотный жгут (рис. 1.28). Между спиралями за счет пептидных групп образуются водородные связи (—С=0 Н—К—). Такие же водородные связи имеются и внутри каждой цепи. Все три цепи молекулы коллагена ориентированы параллельно, т. е. на одном конце коллагена имеются К-концы цепей, на другом — С-концы. Коллаген — сложный белок, гликопротеин содержит [c.48]

Тропоколлаген — основная структурная единица коллагена, имеет молекулярную массу 285 ООО и состоит из трех полипептидных цепей — двух а1 и одной а2. Эти цепи находятся в особой, присущей лишь коллагену конформации и образуют тройную спираль. Аминокислотный состав цепей необычен и характеризуется высоким содержанием остатков глицина и пролина, а также наличием остатков 4-гидроксипролииа и 5-гидроксилизииа. В аминокислотной последовательности цепей практичес сн на каждом третьем месте находится остаток глицина, и наиболее часто повторяющийся фрагмеит пептидной цепи имеет структуру [c.258]

Малые строительные блоки, мономеры, в клетке соединяются в гигантские макромолекулы, или полимеры, в которых мономерные звенья связаны прочными ковалентными связями. Одни полимеры состоят всего лишь из нескольких мономерных звеньев (олигомер), другие из сотен, тысяч и даже миллионов. Типичный белок содержит от 100 до нескольких сотен аминокислот, молекула ДНК Е. oli состоит из 4-10 пар нуклеотидов, а сильно разветвленная молекула крахмала содержит свыше миллиона сахарных звеньев. Одни молекулы биополимеров представляют собой линейные цепочки, другие — разветвленные.. Иногда цепи полимера скручиваются с образованием жесткой цилинд-рической спирали, стабилизированной большим числом слабых вторичных связей. Но, как правило, такие структуры имеют значительно более сложную и нерегулярную конформацию. Довольно часто цепи полимера прилегают одна к другой, образуя сетчатые структуры, волокна,, мембраны. В отдельных случаях (например, в коллагене соединительной ткани) молекулы белка прошиты в поперечном направлении сильными ковалентными связями. Однако обычно макромолекулы в клетках связаны друг с другом более слабыми электростатическими и вандерваальсовыми силами. [c.67]

Эти процессы снова представляют собой примеры переходов, происходящих без каких-либо изменений в молекулярной конформации. Однако теперь возникающее организованное состояние уже зависит от специфических взаимодействий между молекулами, причем они регулируются характером растворителя. Развитая теория может служить основой для более глубокого количественного анализа результатов, полученных на коллагене, а сами эти результаты могут служить отправной точкой для моделирования биологических процессов фнбрилло-генеза. [c.74]

Некоторые ткани, например кожа, кровепоспые сосуды и легкие, должны быть не только прочными, но и эластичными. Обширная сеть эластических волокон внеклеточного матрикса придает этим тканям необходимую им способность сжиматься после временного растяжения. Главный компонент таких волокон - эластин - это весьма гидрофобный негликозилированный белок (около 830 аминокислотных остатков в длину), который, подобно коллагену, необычайно богат пролином и глицином, но в отличие от коллагена содержит очень мало гидроксипролина и совсем не содержит гидрокеилизина. Молекулы эластина секретируются во внеклеточное пространство, где образуют волокна и слои, в которых эти молекулы связаны множеством сшивок в разветвленную сеть (рис. 14-43). Сшивки образуются между остатками лизина с помощью того же механизма, что и в коллагене (см. рис. 14-38). Функция эластина (в отличие от функции большинства других белков) требует того, чтобы его пептидные цепи оставались развернутыми и сохраняли гибкую случайную конформацию (рис 14-44). Именно такая структура сети из сшитых между собой, произвольным образом изогнутых эластических волокон позволяет всей сети растягиваться и снова сжиматься, подобно [c.502]

Последующее исследование при помощи рентгеновских лучей показало, что спектры а- и i-форм, а также сверхсжатая форма наблюдаются и у других белков, нанример у кератина эпидермы, у миозина и троно-миозина мышц и у фибриногена крови таким образом, был сделан вывод, что эти спектры представляют собой типичные конформации целой группы белков (однако коллаген обладает иным волокнистым спектром). При современном состоянии наших знаний весьма вероятно, что -формы построены из полипептидных цепей, параллельно расположенных в наложенных друг на друга плоскостях (рис. 29), тогда как а-формы имеют конформацию винтов (рис. 32). [c.435]

Рентгеноструктурные исследования показали, что каждая полипептидная цепь тропоколлагена тоже представляет собой спираль, хотя ее периодичность и размеры весьма отличаются от соответствующих параметров а-спирали. Полипептидная цепь тропоколлагена образует левую спираль, на один виток которой приходится только три аминокислотных остатка. Поскольку в коллагене присутствует много остатков пролина и гидроксипролина, что придает цепи жесткую изогнутую конформацию, три спиральные полипептидные цепи плотно обвиты одна вокруг другой. Они соединены между собой также поперечными водородными связями. Кроме того, в коллагене обнаружены ковалентные связи необьиного типа, образующиеся между двумя остатками лизина, находящимися в соседних цепях (рис. 7-15). Расположенные рядом друг с другом троноколлагеновые тройные спирали тоже соединены поперечными связями. Тропоколлаген практически нерастяжим вследствие очень плотной скрученности его тройных спиралей, а также из-за наличия поперечньгх связей. Тропоколлаген содержит боковые угле- [c.179]

Фибриллярные белки построены из цепных макромолекул и имеют очень сложное строение. Среди этих белков многие имеют волокнистую структуру, в частности кератин (шерсть, волос), фиброин (натуральный шелк), коллаген (белок покровных тканей), миозин (мышечный белок) и др. [163]. Все они способйы к гидролитиче-кому расщеплению, однако многие из них гидролизуются только в присутствии кислотно-щело гных катализаторов или ферментов. Способность белковых материалов к рассасыванию в организме резко зависит от их структуры, конформации макромолекул (О- или Ь-форма) наличия боковых заместителей, спшвок, степени кристалличности и других причин. [c.86]

К косвенным подтверждениям предложенной модели относятся 1) известное снижение энергии сцепления воды с коллагеном при старении 2) одновременное уменьшение вязкости растворов коллагена с увеличением возраста. Оба отлгеченпых факта — и вязкость, и энергия удержа1шя воды — согласуются с предположением об изменении конформации молекул [c.131]

Влияние дегидратации. Предполагалось, что одним из возможных механизмов возникновения точечных дефектов в коллагене являются необратимые нарушения конформации отдельных участков полипептидной цепи. Подобные изменения могут быть источником разупорядочения и последующего накопления дефектов во вторичной структуре. Далее предположим, что коп-формационная упорядоченность в коллагене связана с наличием гидратим" оболочки. Поэтому дегидратация должна способствовать возникновению конформационного разупорядочения в коллагене, если таковая возможность потенциально заложена в его структуре. [c.133]

В других случаях изучение конформаций было основано на диффракционных картинах, полученных от фибриллярных материалов причем молекулы полимера либо существуют в фррме фибрилл в природе (как, например, в целлюлозе, шерсти, шелке, коллагене и т. п.), либо получаются в такой форме искусственно из концентрированных растворов (как, например, нуклеиновые кислоты). [c.35]

Коллаген и родственные коллагену полипептиды относятся к третьему классу фибриллярных белков и, как было показано Рамачандраном и Карта [91], имеют структуру тройной спирали. Синтетические полипептиды с последовательностями остатков, моделирующими коллаген (один остаток амино- на два остатка имино-кислот), на протяжении многих лет изучаются в лаборатории Н. С. Андреевой 192, 93 94, р. 173 95, V. 1, р. 291]. Н. Г. Есипова и Н. С. Андреева 192, 95] установили, что большую роль в стабилизации структур типа коллагена играют молекулы воды. Так, при понижении влажности молекулы воды, выходя из тройной спирали, заставляют полипептид принять иную конформацию (возможно, именно с этим связаны вопросы старения организмов). [c.383]

Расчеты конформаций полипептидов, моделирующих коллаген, проводились Хопфингером и Уолтоном 196] и В. Г. Туманяном [97]. Последний, рассмотрев последовательность Gly—Pro—Pro, нашел пять минимумов потенциальной поверхности тройной спирали (составленной из этой трипептидной последовательности), причем большинство из полученных им структур близки к структурам, предложенным на основании анализа рентгенограмм полимеров этого типа [98, 99 100, v. 1, р. 132 101]. Сейчас еще трудно сказать, дискретны ли эти конформации, каковы барьеры, разделяющие минимумы и удобны ли найденные структуры для посадки молекул воды. Ответ на эти вопросы потребует новых расчетов, для чего необходимы лишь г искусство программирования и машинное время. [c.383]

Было показано также, что коллаген, спиральная структура которого сходна в некоторых отношениях со структурой поли-ь-пролина, также имеет эффект Коттона в этой же области спектра [11]. Кроме того, эксперименты с коллагеном, денатурированным при нагревании, свидетельствуют о зависимости эффекта Коттона от конформации. Из этих данных (суммированных в табл. 22) и результатов предыдущей работы очевидно, что разные типы эффектов Коттона, по-видимому, связаны с существованием разнь[х типов спиральных структур, т. е. а-спиралей, спирали поли-ь-пролина П и спирали коллагена. [c.292]

Л. Полинг и Р. Кори рассмотрели все возможные конформации в минимумах торсионных потенциалов вращения вокруг связей С —N и С —С и пришли к выводу, что а-спираль и складчатый лист отвечают наиболее предпочтительным ориентациям смежных пептидных групп. Что же касается у-спирали, то она не оказалась в числе низкоэнергетических структур. При учете только торсионного потенциала эта спираль, по оценке Полинга и Кори, менее стабильна, чем а-спираль, на 2,3 ккал/моль. В отличие от компактной а-спирали, имеющей хорошие ван-дер-ваальсовы контакты, у-спираль представляет собой более рыхлую цилиндрическую структуру с отверстием около 2,5 А. Л. Полинг и Р. Кори не только сформулировали требования к геометрии полипептидной цепи и предложили удовлетворяющие им структуры, но и проанализировали имеющийся для белков и синтетических пептидов экспериментальный материал [67—71]. Они пришли к заключению, что а-спираль и -структура весьма распространены среди фибриллярных и глобулярных белков, а также гомополипептидов. В частности, было предложено, что а-кератин и другие белки этой группы имеют структуры, близкие а-спирали, а Р-кератин состоит из слоев складчатого листа, между которыми находятся двойные слои а-спиралей. К суперконтракционной форме кератина и миозина была отнесена у-спираль. Для коллагена Полинг и Кори предложили трехцепочечную, скрученную в жгут конформацию. В тройной спирали коллагена полипептидные цепи также имеют спиральную форму с меньшим шагом. Из-за большого содержания в коллагене пролина и оксипролина (30%) а- и у-спирали не могут реализоваться по стерическим причинам и из-за отсутствия многих водородных связей. Поэтому для единичных цепей коллагена предложена спираль с винтовой осью 9-го порядка. [c.23]

Отсутствие связи между пространственной конформацией белков и способностью Т-хелперов специфически распознать пх доказано в опытах с денатурированными различными способами лизоцимом, мономерной формой флагеллина, коллагеном, р-цепью инсулина. Эти данные, а также некоторые факгы, указывающие на возможность распознавания Т-хелперами коротких пептидов, изолированных из глобулярных белков, позволяют предположить, что детерминанты для Т-хелнеров подобны секвенциальным. Проблему нельзя считать решенной. [c.51]

Результаты исследования спектров ядерного магнитного резонанса коллагенов, полученных от животных различного возраста, полностью согласуются с представлением о принципиальном различии конформаций младенческого и зрелого коллагена. Если для зрелого коллагена характерно наличие клатратоподобной гидратной структуры, то коллаген, полученный от очень молодых особей (возраст крыс и кроликов 30—35 дней, быков — до 1,5 лет), скорее похож по свому спектру ЯМР на жидкость при температурах до —30°С. Это значит, что белковые цепи в младенческом коллагене подвижны, причем частота движений должна быть не менее 10 перемещений в секунду. И наоборот, зрелый коллаген характеризуется жестко фиксированной конфигурацией, благодаря чему и удается зарегистрировать спектры ЯМР кристаллогидрата коллагена. [c.78]

Наряду с коллагеном, в соединительной ткани содержится эластин. Как и коллаген, эластин содержит много глицина и пролина. Однако, в отличие от коллагена, в нем мало гидроксипролина, нет гидроксилизина и необычно много валина, даже больше, чем пролина много также других гидрофобных аминокислот. Пептидная цепь эластина длиной около 450 аминокислотных остатков не имеет постоянной пространственной структуры, но каждая молекула в ненапряженном состоянии произвольно изогнута, образуя очень рыхлую глобулу (рис. 18.8). В межклеточном матриксе молекулы эластина соединены множеством сшивок, в образовании которых участвуют остатки лизина. В результате получаются эластиновые волокна и слои. Гибкая и случайная конформация молекул эластина в этих волокнах и слоях делает возможным обратимое растяжение (рис. 18.9). [c.437]

Часть I посвящена главным образом описанию взаимосвязи между трехмерной структурой и биологической активностью на примере белков. Подробно рассматриваются структура и функция миоглобина и гемоглобина - белков, транспортирующих кислород у позвоночных, поскольку на этом материале можно проиллюстрировать некоторые общие принципы. Гемоглобин представляет особенно большой интерес в связи с тем, что связывание им кислорода регулируется специфическими веществами окружающей среды, Описьгоается также молекулярная патология гемоглобина, в частности серповидноклеточная анемия. В разделе, посвященном ферментам, мы познакомимся с тем, каким образом происходит узнавание субстрата ферментом и как фермент может увеличивать скорость реакции в миллион и более раз. Подробно описываются такие ферменты, как лизоцим, кар-боксипептидаза А и химотрипсин, при изучении которьк были выявлены многие общие принципы катализа. В несколько ином аспекте излагается вопрос о конформации в главе, посвященной двум белкам соединительной ткани-коллагену и эластину. Заключительная глава части I служит введением в проблему биологических мембран, представляющих собой организованные белково-липидные комплексы. На- [c.13]

Казалось бы, из всех аминокислот глицин-наименее важная, так как его боковая цепь-это всего лишь один атом водорода. Однако в организации белковой структуры такая простота может оказаться достоинством. Глицин играет очень важную роль именно потому, что он мал и, занимая очень мало места, не препятствует соединению полипептидных цепей друг с другом. Мы уже сталкивались с этим, рассматривая миогло-бин и гемоглобин, где глицин инвариантно стоит в положении В6, способствуя сближению спиралей В и Е В химотрипсине в полости где происходит связывание субстрата, может уместиться большая ароматическая группа только потому, что два остатка, выстилающие полость,-это остатки глицина. В эволюции переносчика электронов цитохрома с самым консервативным аминокислотным остатком оказался глицин. В коллагене мы вновь сталкиваемся с тем, что глицин играет особо важную роль, расширяя диапазон возможных конформаций при скру чивании полипептидной цепи. [c.184]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология