Миграция энергии в белках

Если две различные молекулы расположены достаточно близко, они могут влиять на флуоресценцию друг друга. Одна из них, например, может поглощать излучение флуоресценции другой, свидетельствуя о довольно эффективной миграции энергии от одной молекулы к другой при облучении молекулярного комплекса. Такое взаимодействие может происходить между ароматическими аминокислотами, в ферментах и флуоресцирующих коферментах. Следовательно, можно определять и расстояние между этими молекулами. Кроме того, излучаемый отдельными молекулами данного вещества поток энергии определенным образом ориентирован по отношению к излучающей молекуле. Поэтому флуоресценция твердых тел сильно поляризована. В жидких невязких растворителях поляризация флуоресценции небольших молекул обычно мала, так как вследствие броуновского движения молекулы быстро меняют свое положение. Однако у больших молекул, таких, как белки, даже в жидких растворителях наблюдается менее интенсивное броуновское движение за время жизни возбужденного состояния они мало меняют свое положение, и поэтому их флуоресценция сильно поляризована. У флуоресцирующих групп, находящихся внутри белковой молекулы или соединенных с белком в виде комплексов фермент — кофермент или фермент — субстрат, также обнаруживается поляризация флуоресценции. Степень поляризации флуоресценции таких комплексов и влияние на нее различных факторов дают информацию о механизме действия фермента. Все это представляет ценность для анализа не только собственно ферментов, но и вообще всех белков. [c.178]

Вопрос о механизме миграции энергии пока еще слабо выяснен, может быть, за исключением, полупроводниковых тел. Мы точ Ьо не знаем, как мигрирует энергия по большим молекулам, в частности по макромолекулам белка, так же как не ясны формы ее миграции по металлическим поликристаллам. Здесь мы неизбежно вступаем в область лишь более или менее достоверных догадок. В порядке рабочей гипотезы можно думать, что миграция энергии происходит по экситонному. типу, т. е. путем эстафетной передачи зонно-электронного возбужденного состояния по кристаллу от одного активного центра к другому. Принять передачу энергии через колебания самой решетки труднее, так как они слишком легко рассеивал - бы энергию в окружающую среду. Примером электронной активации центра может служить возбуждение палладия, пере водящее его из структуры 4(8 р с1 °). с замкнутой 18-электронной оболочкой в структуру 5 с затратой энергии 0,8 эв (т. е. 18 ккал на атом) и с приобретением двух неспаренных электронов, т. е. двух химических валентностей в этом виде палладий обычно проявляет себя как элемент и как катализатор. [c.58]

Одновременное использование нескольких флуорохромов дает возможность метить различные места сложной молекулы и таким образом судить об их взаимном пространственном расположении. В результате изучения миграции энергии между двумя флуорохромами в молекуле ДНК разработан метод определения доли участков, свободных от белка [11, 53]. Аналогичными опытами на иммуноглобулине с использованием дансилхлорида и флуоресцеина было установлено расстояние между местом прикрепления гаптена — компонента антигена, определяющего его специфичность, — и дисуль-фидным мостиком, соединяющим тяжелую и легкую цепи иммуноглобулина [54]. [c.296]

По Литвину (1968), повышенная (40 С) температура вызывает нарушение миграции энергии с р-каро-тина на хлорофилл, что является следствием изменения конформации белков и, в результате этого, пространственного разобщения молекул каротина и хлорофилла а. Интересно, что при осеннем пожелтении листьев миграция энергии между этими двумя пигментами уменьшается незначительно. Так как свет, поглощенный каротином этих листьев, высвечивается мономерной формой хлорофилла а, то можно сделать вывод, что каротин связан с коротковолновой слабо агрегированной формой хлорофилла а. [c.150]

Таким образом, в кристаллических белках и полипептидах с достаточно длинными цепями образование и уничтожение радикалов при облучении связано с предшествующей миграцией энергии на значительные расстояния, причем и в том, и в другом случае, по-видимому, эта миграция происходит вдоль полипептидной цепи по всей ее длине. [c.213]

Вопрос По количеству возникающих одиночных разрывов Вы делаете вывод, что ДНП более радиорезистентен в связи с защитной ролью белка. Как это можно связать с данными Александера о возможной миграции энергии с белка на ДНК при облучении [c.26]

Существуют многочисленные примеры миграции энергии как в сложных белково-липидных комплексах, так и в индивидуальных макромолекулах белков [424]. Изучение физической сущности подобных процессов — одна из интереснейших проблем современной биофизики. [c.290]

Широкий интерес к проблемам молекулярной биофизики, интенсивное развитие исследований в этой области позволяют надеяться, что изучение миграции энергии в белковых системах даст в ближайшие годы ценные сведения об особой роли водородных связей в специфических свойствах белков. [c.301]

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]

Внутримолекулярная подвижность биополимеров (белков), рассмотренная в предыдущих главах, в обычных условиях носит самопроизвольный характер и обусловлена тепловым движением. Однако изменение электронного состояния белка вызывает в нем определенные конформационные переходы. Они происходят в направлении достижения нового равновесия и минимума энергии, которое соответствует измененному электронному состоянию макромолекул. Ниже будут рассмотрены основные электронные свойства биополимеров. Особое внимание уделяется механизмам миграции энергии возбуждения и переноса электрона в связи с функциональной активностью белков. [c.352]

Молекулярные механизмы биологических процессов во многом обусловлены электронными свойствами макромолекул. Как было показано, изменение электронного состояния одного участка (активный центр) белка дает начало последовательным и направленным конформационным превращениям, захватывающим большие области в макромолекуле (см. 1 гл. X). Теперь будут рассмотрены физические механизмы процессов трансформации электронной энергии в биоструктурах. Особое значение в биологических процессах имеют миграция энергии электронного возбуждения и транспорт электронов. [c.372]

Миграция энергии в белках 253 [c.253]

МИГРАЦИЯ ЭНЕРГИИ В БЕЛКАХ [c.253]

Действительно, многочисленные экспериментальные факты подтверждают этот теоретический прогноз. Наибольшее количество работ посвящено изучению миграции энергии от тирозина к триптофану. В опытах на модельных соединениях (ди- и олигопептидах, содержащих тирозин и триптофан) в спектрах возбуждения триптофановой флуоресценции выявлен вклад тирозинового поглощения — сенсибилизированная флуоресценция. Наибольшая эффективность миграции энергии отмечалась для тех соединений, в которых тирозин и триптофан непосредственно соединены между собой пептидной связью. Разделение тирозина и триптофана алифатическими аминокислотами в полипептиде, т. е. увеличение расстояния между ними, снижало эффективность миграции энергии. С помощью метода спектров возбуждения выявлен также тирозин-триптофановый перенос энергии и в белках. Так, по данным Кронмана и Холмса, эффективность миграции энергии у пепсина составляет 80, у карбоксипептидазы — 81, у трипсиногена — 91, [c.253]

Миграция энергии в белках 255 [c.255]

Оказалось, что эффективность этого процесса одинакова в случае, когда свет поглощался гемом 410 нм) или белком (> 280 нм). Это говорит о миграции энергии возбуждения от белка на гем. Впоследствии были обнаружены многочисленные случаи переноса энергии между ароматическими аминокислотами в белках нуклеотидными основаниями, а также от белка на присоединенные к нему хромофорные люминесцирующие молекулы красителей. Примером миграции энергии, имеющей важнейшее биологическое значение, может служить перенос возбуждения от светособирающих молекул пигментов (хлорофилла) к реакционному центру в фотосинтетических мембранах. [c.117]

Люминесцентные характеристики объекта необычайно чувствительны к изменению самой структуры и окружения люминесцирующих центров. Это обстоятельство делает флуоресцентный анализ удобным методом изучения структуры различных молекул, в том числе биополимеров. В подобных исследованиях анализируют все характеристики люминесцентного излучения квантовый выход, спектр люминесценции, поляризацию люминесценции, время жизни возбужденного состояния, миграцию энергии возбуждения и получают важные данные о структуре сложных биополимеров — белков, ДНК, РНК, ДНП и т. д. Кроме того, по изменению люминесценции в ходе опыта можно судить о конформационных изменениях люминесцирующих молекул и о ходе биохимических реакций, происходящих как in vivo, так и in vitro, причем если иззгчаемый объект обладает люминесценцией, то эти исследования можно проводить без нарушения целостности объекта. [c.288]

Схема Фрей-Висслинга была оставлена после того, как были получены данные, свидетельствующие о значительно меньшем, по сравнению с хлорофиллом, содержании фосфолипидов в ламеллах. Кроме того, лишь у нескольких процентов молекул хлорофилла плоскость пор-фириновых колец оказалась расположенной упорядоченно. Эти факты заставляют отказаться и от схемы Кальвина (фиг. 42), которая предусматривает параллельное расположение плоскостей порфириновых колец (под углом 45° к слою белка). Эта схема привлекла внимание потому, что объясняла эффективную миграцию энергии поглощенных квантов между молекулами хлорофилла и дополнительными пигментами, а также пространственное разграничение реакций, приводящих к выделению кислорода и восстановлению углекислого газа. [c.94]

В 1941 г. А. Сент-Дьорди [31] высказал предположение об электронном механизме миграции энергии, проводя аналогию между белками и металлами. Однако элементарные расчеты и экспериментальные факты по термоэлектропроводности белковых пленок и спектрам фосфоресценции белков показали, что соответствующие зоны проводимости белковых структур, если они существуют, должны лежать, по крайней мере, на [c.307]

Для выяснения механизма первичного акта фотосинтеза, путей миграции энергии, характера межпигмент-ных взаимодействий, связи хлорофилла с белком и липидами в фотосинтетической мембране, а также других вопросов проводятся исследования свойств пигмента в модельных системах (in vitro), воспроизводящих определенные взаимодействия хлорофилла in vivo. [c.205]

Отдельная группа исследований ведется Ю. С. Лазуркииым совместно с А. Ф. Усатым и посвящена действию излучений на биополимеры. Здесь основным средством исследовапия является электронный парамагнитный резонанс, спектры которого изучаются непосредственно в процессе облучения препаратов аминокислот, пептидов и белков быстрыми электронами от электростатического генератора [321]. В этих работах исследованы причины явления насыщения концентрации радикалов и показано, что на/сыщение обусловлено уничтожением радикалов под действием излучения. Одновременно изучены закономерности миграции энергии при облучении полипептидов и белков. [c.347]

Перенос энергии в зернах хлорофилла рассмотрен Ламри, Мейном и Спайксом [1301 эти исследователи определили относительный выход флуоресценции хлоропластов в зависимости от интенсивности света, температуры и концентрации окислителя в реакции Хилла. Резонансная миграция возбуждения, вероятно, играет важную роль при собирании энергии многих квантов света в общей основной ловушке, в которой она преобразуется в ту или иную форму химической или электрической свободной энергии. Последние работы по вопросам миграции и сбора энергии обобщены Рабиновичем [172], который предполагает, что единственным существенным типом миграции энергии в хлоропласте является миграция локализованного экситона. Фотосинтезирующая ячейка, вероятно, состоит примерно йз 250 молекул хлорофилла, присоединенных к макромолекуле белка. Однако время жизни возбужденного синглетного состояния хлорофилла ( 10 сек) может быть слишком малым, чтобы допустить миграцию через ячейку из 250 молекул. Эта трудность может быть устранена, если миграция осуществляется триплетными экситонами [150]. [c.132]

Одним из первых сообщений о миграции энергии электронного возбуждения в белке были опыты по фотодиссоциации карбомиоглобина — комплекса СО-миоглобина (А. Касперс, М. Бюхнер, 1947). Под действием света в присутствии кислорода происходило отщепление СО от карбомиоглобина с образованием оксимиоглобина [c.372]

Фотохимическая реакция отщепления СО от гема вызывается светом, поглощенным гемом, и достаточно эффективна при длинах волн около 410 нм. Однако, кроме того, в области 280 нм, где до 40% энергии поглощают ароматические группы белка, возбуждение приводит к такому же эффективному распаду связи гем-СО. Это свидетельствует о миграции энергии от белка на гем. Затем эта энергия растрачивается на фотохимическое отщепление оксида углерода [c.373]

Как будет показано ниже (см. гл. ХХУП), характер распространения и тушения возбуждения в фотосинтетической светособираюш ей матрице в ряде случаев суш е-ственно зависит от температуры. Как правило, в биологических объектах характер влияния температуры на процесс миграции энергии, в основном, определяется зависимостью конформационного состояния белкового носителя от температуры. С температурой меняется расстояние и взаимная ориентация фиксированных на белке хромофорных групп, которые непосредственно передают энергию возбуждения (молекулы хлорофилла в фотосинтетической мембране, ароматических аминокислот в белке). При этом происходит изменение характера (энергии) взаимодействия хромофорных групп. С температурой меняется и характер релаксационного процесса в белке, который непосредственно влияет на соотношение скоростей колебательной релаксации и миграции энергии электронного возбуждения. Эти факторы в совокупности могут менять также и самый механизм миграции электронного возбуждения. [c.407]

Он носит сложный характер и в основном связан с конформационным состоянием фотосинтетических мембран, от которого зависят как взаимные расстояния и ориентации пигментных комплексов ФС I и ФС II, так и их связь с ССПБК. В свою очередь, это определяется присутствием ионов, pH среды и в особенности степенью фосфорилирования белков светособирающего ПБК. Фосфорилирование белков ССПБК приводит к увеличению миграции энергии к ФС I, т.е. переводит систему в состояние 2. Аналогичные результаты получают и при инкубации мембран тилакоидов с АТФ на свету. При низкой концентрации катионов (Mg ) обеспечивается максимальный перенос энергии от ФС II к ФС I. В то же время высокая концентрация снижает эффективность спилловера. Если мембран- [c.294]

Следует обратить внимание на возможное влияние белка на процессы флуоресценции пигментов. Наличие различных форм пигментов с разными максимумами флуоресценции может быть связано с участием белковых компонент в релаксационных электронно-колебательных взаимодействиях, сопровождающих флуоресценцию (гл. X). В этом случае модификация белка в фотосинтетических мембранах может оказывать регуляторное воздействие на миграцию энергии как за счет изменения межпигментных расстояний и взаимной ориентации, так и за счет более тонкого влияния на внутримолекулярные релаксационные процессы, и тем самым на соотношение полос флуоресценции и поглощения пигментов в пигмент-белковых комплексах. [c.306]

Действительно, в зрительном хромопротеиде насекомых условия для эффективной миграции энергии по индуктивно-резонансному механизму благоприятны спектр флуоресценции триптофанилов белка (>ктах= = 330- 350 нм) сильно перекрывается спектром поглощения хромофора (Ятах=350 нм). На эффективную миграцию энергии с белка на хромофор в зрительном хромопротеиде указывают и прямые измерения. В спектрах действия фоторецепции белоглазого мутанта мухи, измеренных Голдсмит и Фернандесом, обнаруживаются два максимума, один из которых принадлежит белку. Тем не менее независимо от того, каким путем возникает электронно-возбужденное состояние хромофора — при поглощении света самой хромофорной группировкой или за счет миграции с белкового носителя,— [c.150]

Наряду с нуклеиновыми кислотами белки относятся к одним из основных акцепторов биологически активного ультрафиолетового света в клетке. Деструктивно-мо-дифицирующее действие ультрафиолетового света связано с фотохимическими повреждениями белковой макромолекулы. Кроме того, благодаря процессам миграции энергии, свет, поглощаемый белком, может использоваться для инициаций фотохимических реакций в других хромофорах. Основные хромофоры белков — это остатки ароматических аминокислот прежде всего триптофан и в значительно меньшей степени тирозин и фенил [c.245]

Белки содержат тесно сближенные и флуоресцирующие центры с известным перекрытием спектров — остатки ароматических аминокислот триптофана, тирозина и фенилаланина. Поэтому теоретически между ними возможна внутримолекулярая миграция энергии по индуктивно-резонансному механизму. Из расположения энергетических уровней вытекает, что миграция энергии может происходить в направлении фенилаланинтирозин триптофан ионизированный по фенильному гидроксилу тирозин. [c.253]

В отличие от тирозин-триптофановой тирозин-тиро-зиновая и триптофан-триптофановая миграции энергии в белках выявляются только с помощью поляризационных измерений. Вебер зарегистрировал значительную по сравнению с флуоресценцией тирозина в растворе деполяризацию флуоресценции тирозинсодержащих белков инсулина, рибонуклеазы и зеина. Явление деполяризации флуоресценции характерно и для поли-/-тирозина. [c.254]

Наряду с рассмотренными внутримолекулярными процессами миграции энергии белковым системам свойствен также межмолекулярный перенос энергии. Такой перенос может осуществляться между ароматическими аминокислотами белков и простетическими группами НАДНг, ФАДом, гемом, ретиналем, билитрие-нами, витаминами, пигментами, хлорофиллом, каротиноидами и т. д. [c.256]

Итак, отправной точкой всей фотобиологии является свет, поглощенный молекулами биосубстрата и переведший их в электронно-возбужденное состояние. Электронно-возбужденные состояния возникают либо в результате поглощения кванта света самой молекулой (прямое возбуждение), либо вследствие миграции энергии от соседних молекул (косвенное возбуждение). Миграция энергии увеличивает поперечное сечение биологически активного поглощения (точнее, элементарного акта фотобиологической реакции), как это наблюдается, например, при фотосинтезе, где многие молекулы-светосборщи-ки работают на одну молекулу. реакционного центра. В других случаях миграция энергии выполняет защитную функцию. Например, перенос энергии от нуклеотидов ДНК к тирозину белков в хроматине снижает эффективность повреждающего действия УФ-света на геном,— [c.366]

Сложность построения реальной артины возникновения структурных повреждений в облученных белках заключается прежде всего в том, что. необходимо выявить те физико-химиче- скне процессы, в результате которых одиночное событие потери энергии в пределах белковой молекулы, т. е. поглощение структурой около 60 эВ, вызывает ее генерализованное повреждение, такое, как изменение конформации. Следует также объяснить причину селективного поражения отдельных структурных звень- ев, например только шести aм инo,кислот в первичной структуре рибонуклеазы, или серина и триптофана в молекуле химотрипсина. Первичное событие абсорбции энергии носит вероятностный характер, т. е. любая из аминакислот i равной вероятностью поглощает энергию излучения, а конечное структурное. поражение локализуется в специфических участках. Для объяснения зто<го эффекта, вероятно,. необходимо допустить возможность миграции энергии и заряда по полипептидной цепи вплоть до локализации в определенном структурном звене. [c.82]

Согласно модели, быстрая миграция энергии по ССИВС обеспечивает сопряженные со стадиями катализа конформационные изменения структуры белка. Близкие взгляды высказываются также в работе [3], однако при рассмотрении фермента в качестве молекулярной машины детерминирующая роль отводится именно конформационному изменению ФСК, следующему за присоединением субстрата к активному центру и носящему характер релаксации к новой равновесной конформации, появившейся в результате локальных микрохимических изменений. Существенной особенностью нашей модели работы олигомерного фермента является то, что реализация предложенного механизма переноса энергии обусловила вращательную симметрию дуплицированной структуры и связанную с этим обратимость конформационных переходов при поочередном функционировании активных центров. Близкие к нашим идеям представления о переносе зарядов с участием полярных групп развиваются, как мы рассматривали в разд. 5.1.1, в работах [21, 119, 136]. Однако авторы этих работ не учли возможной взаимосвязи каталитических механизмов с субъединичной организацией, вследствие чего колебательный режим функционирования ферментов оказался вне их рассмотрения. [c.127]