Геометрия полипептидной цепи

Некоторые олигомерные белки не образуют гибридных молекул по неизвестной причине [82], правда, в отдельных случаях отсутствие связывания мономеров является отражением неблагоприятной локальной геометрии полипептидной цепи [135]. На основании подобного рода отрицательных результатов не следует делать категорических выводов [132] [c.57]

Геометрия полипептидной цепи [c.237]

Учет дальних взаимодействий основан на том, что значительное число гидрофобных групп должно быть погружено в гидрофобное ядро, а гидрофильные группы должны преимущественно находиться на поверхности белка. При оценке склонности определенного участка полипептидной цепи к формированию а-спирали проверялась возможность образования им гидрофобного кластера, который в геометрии а-спирали определялся как поверхность, вырезаемая центральным двухгранным углом 120° вдоль которой группируется максимальное число гидрофобных остатков. Для количественной оценки рассчитывались такие характеристики, как число аминокислотных остатков в кластере, средняя гидрофобная энергия кластера, суммарная энергия кластера и аналогичные характеристики для стороны, противоположной кластеру. [c.114]

Прежде всего, белки уникальны в отношении химического строения. Это гетерогенные нерегулярные полипептидные последовательности 20 а-аминокислот и их производных, включающих самые разнообразные по своим химическим и физическим свойствам, т.е. валентным и невалентным взаимодействиям, атомные группы. В химическом построении белковых молекул уже можно усмотреть огромные потенциальные возможности к вариации физико-химических свойств. И в то же время белки представляют собой фактически единственный класс соединений, химические свойства которых нельзя непосредственно соотнести с химическим строением молекул. Поведение белков всецело определяется исключительной, присущей только им пространственной структурной организацией. Лишаясь ее, белки теряют все свои биологические свойства. За редким исключением, лишь белковые цепи способны самопроизвольно свертываться в строго детерминированные структуры, геометрия и конформационная динамика которых в физиологических (нативных) условиях полностью определяются аминокислотной последовательностью. Трехмерные структуры белков индивидуализированы, очень сложны и имеют строгий порядок, не сводящийся, однако, к периодичности. Способность природной полипептидной цепи к пространственной самоорганизации и обретению определенной молекулярной структуры - самая яркая особенность белков, отсутствующая у молекул искусственных полимеров, в том числе у полученных человеком поли-а-аминокислот. В растворе синтетический полимер находится в состоянии статистического клубка, флуктуации которого могут приводить к появлению в цепи регулярных участков лишь ближнего порядка. При этом, однако, ни при каких условиях не образуются стабильные трехмерные структуры, тем более идентичные для всех молекул данного полимера. В твердом виде синтетический полимер пребывает в аморфном состоянии, которое может включать частично кристаллическую фазу из беспорядочно ориентированных друг относительно друга зародышевых микрокристаллических областей. Искусственные полимеры отличаются качественно и по своим химическим свойствам, которые в той или иной мере воспроизводят свойства соответствующего мономера и могут быть описаны ограниченным набором реакций, специфичных для повторяющегося звена в свободном состоянии. [c.51]

Итак, завершено рассмотрение опытных данных Крейтона о механизме сборки трипсинового ингибитора. Оно основывалось на неравновесной термодинамической модели, физической теории структурной самоорганизации и конкретных результатах априорного расчета конформационных возможностей полипептидной цепи и геометрии нативной трехмерной структуры белка. Общим итогом анализа является адекватное естественному процессу ренатурации представление всего пути свертывания белка -от состояния статистического клубка до строго детерминированной нативной конформации макромолекулы. К принципиальным результатам рассмотрения следует, по-видимому, отнести выявление причин и количественное теоретическое обоснование возможности спонтанной, быстрой и безошибочной сборки флуктуирующей беспорядочным образом белковой цепи. [c.482]

Изменение сродства ион-связываюш их центров может быть обусловлено изменением их геометрии при связывании АТФ, а также при фосфорилировании и дефосфорилировании фермента. Катионы, находясь в ион- связываюш их полостях, образуют координационные связи с кислородсодержаш ими группами полипептидных цепей. При перестройке анионного окружения катионов происходит замеш ение ионов одного вида на другие катионы. [c.156]

В рассмотренных исследованиях по компьютерному воспроизведению свертывания белка используется, как уже отмечалось, сверх-упрощенное моделирование полипептидной цепи. Неудовлетворительность подхода, однако, заключается отнюдь не в самом стремлении максимально упростить решаемую задачу, а в том, что этого стараются достичь за счет лишения исследуемого объекта всех специфических черт белковой молекулы. Рассчитываемые модели как в отношении своей геометрии, так и силового поля могут быть в равной мере отнесены практически ко всем линейным искусственным полимерам, причем и в данном случае они будут выглядеть упрощенными. [c.294]

Может показаться, что я ломлюсь в открытую дверь — способность аминокислот к кристаллизации — чего еще желать для иллюстрации матричных свойств аминокислот Однако возможность кристаллизации аминокислот в значительной мере определяется геометрией их заряженных групп (отрицательного карбоксила и положительно заряженной аминогруппы). Геометрия этих ионизированных групп у всех аминокислот практически одинакова. Поэтому вряд ли можно ожидать избирательной кристаллизации аминокислот из их смеси. Впрочем, возможна ли такая избирательная кристаллизация, я не знаю (но очень хотел был бы узнать). Вместе с тем общеизвестна способность белков, полипептидов образовывать кристаллы. К сожалению, это их свойство не очень проясняет картину. Во-первых, не известно, возможна ли избирательная кристаллизация белков, во-вторых, она определяется не столько детальным соответствием полипептидных цепей друг другу, сколько сходством геометрии целых белковых глобул. Кроме того, нас интересует способность полипептидных цепей служить матрицами при синтезе новых полипептидных цепей из аминокислот. Это значит, что нас интересует специфическое связывание аминокислот на полипептидной цепи. [c.57]

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]

Остов любой белковой цепи образуется с помощью амидных (или пептидных) связей, соединяющих аминофуппу одной аминокислоты с кар-бою ильной группой другой, соседней аминокислоты. На рис. Г25 показано простейщее полипеп-тидное звено-дипептид, а на рис. 1.26 представлены геометрия полипептидной цепи и положение различных заместителей гептапептида. Таким образом, полипептиды-это длинные цепи, образуемые с помощью регулярно повторяющихся пептидных связей и содержащие набор боковых фупп, распо- [c.57]

ЧЕТВЕРТИЧНАЯ СТРУКТУРА белка, размещение в пространстве субъединиц, образованных из отд. полипептидных цепей совокупность контактов между субъединицам (без учета их геометрии), включающих гидрофобные контакты, водородные связи (нередко образующие систему, близкую к Р-структуре) и электростатич. взаимодействия. Прочность этих контактов различна иногда для их диссоциации достаточно изменения pH среды или ионной силы р-ра, одпако часто требуется полное разрушение третичной структуры субъединиц. Ч. с. характерна не для всех белков. В ее образовании чаще всего участвуют 2 или 4 субъединитц) , иногда — до 12 (понятие <Ч. с. пе распространяемся на надмолекулярные образования — мультиферментннле комплексы и протяженные структуры, напр, оболочки (liaron). [c.688]

Причину неудавшегося описания структуры Бэржес и Шерага [132] увидели в несовершенстве расчетной процедуры, которая, по их мнению, учитывала только внутриостаточные и ближние межостаточные взаимодействия. Был сделан вывод, что полученные результаты свидетельствуют о необходимости дополнить схему предсказания учетом средних и дальних взаимодействий. Авторы этой работы, как и предыдущей [131], неправы, утверждая, что в расчете игнорировались межостаточные взаимодействия среднего и дальнего порядка. Как уже упоминалось, в действительности они в неявном виде входили в расчетную модель благодаря отнесению геометрии всех аминокислотных остатков полипептидной цепи БПТИ к нативным конформационным состояниям, являющимся конечным результатом воздействия суммарного эффекта всех внутриостаточных и межостаточных контактов. В силу использования процедур, основу которых составила экспериментальная информация о трехмерных структурах белков, результаты исследований [131] и [39] в принципе не могут претендовать на дифференцированное отражение внутримолекулярных невалентных взаимодействий атомов. Таким образом, вопрос о функциональном назначении внутриостаточных и межостаточных контактов в структурной самоорганизации белковой глобулы остался без ответа по существу, он не рассматривался. [c.503]

Архитектура иммуноглобулина может служить основой для синтеза in vitro пептидов с заданными связывающими свойствами. Для теоретических и практических исследований может оказаться крайне полезным синтез in vitro полипептидной цепи с определенной специфичностью и сродством к данному соединению. Один из возможных путей может начаться с природной или синтетической области VlIVh без гипервариабельных петель в качестве остова. Путем включения подходящих последовательностей на место гипервариабельных сегментов можно затем сформировать специфичный центр связывания рассматриваемого лиганда без нарушения процесса свертывания и стабильности остова [498]. Пример Си —Zn -содержащей пероксид-дисмутазы [286] можно рассматривать как. природный прецедент этого метода пептидной инженерии. В этом случае геометрия координации атомов металла в активных центрах имеет очень много общего с соответствующими фрагментами кристаллических структур медь-имидазольных и цинк-имидазольных. комплексов [661]. Таким образом, обе основные особенности этогО фермента, структура иммуноглобулина и комплекс металла, могуг быть воспроизведены химиками-органиками. [c.246]

Высшим уровнем пространственной организации полипептидной цепи являет ся ее третгечная структура. Под этим термином понимают полную укладку в пространстве всей полипептидной цепи, включая укладку боковых радикалов. Полное представление о третичной структуре дают координаты всех атомов белка. Благодаря огромным успехам рентгеноструктурного анализа (см. 7.13) такие данные, за исключением координат атомов водорода, имеются для значительного числа белков. Это огромные массивы информации, поскольку в каждом случае речь идет о координатах многих сотен и даже тысяч атомов. Эта информация хранится в специальных банках данных на машиночитаемых носителях, и ее обработка в большинстве случаев немыслима без помопщ быстродействующих ЭВМ. Полученные на ЭВМ координаты, атомов позволяют получать разнообразные сведения о геометрии белковых молекул, в том числе значения торсионных углов, и тем самым выявлять спиральные участки,, 6(-складки и нерегулярные фрагменты цепи. Геометрические параметры участка фосфоглицераткиназы, [c.86]

В каждой молекуле тропоколлагена обнаруживаются четыре полеречные полосы, повторяющиеся с интервалом 64 нм. Г оловки молекул тропоколлагена расположены так, что они сдвинуты относительно друг друга на 64 нм. Ниже схематического изображения фибриллы показан участок молекулы тропоколлагена в виде остова тройной спирали. В самом низу дано еще более сильно увеличенное изображение тройной спирали, показывающее, что каждая из полипептидных цепей тропоколлагена также представляет собой спираль шаг и период этой спирали определяются геометрией жестких R-rpynn многочисленных остатков пролина и гидроксипролина. [c.178]

А. Бэржес и Г. Шерага [139], как и авторы предыдущей работы [190], не правы, утверждая, что в расчете белка полностью игнорировались межостаточные взаимодействия среднего и дальнего порядка. В действительности эти взаимодействия в неявном виде входили в расчетную модель благодаря отнесению геометрии всех аминокислотных остатков полипептидной цепи БПТИ к нативным конформационным состояниям, являющимся конечным результатом воздействия суммарного эффекта внутриостаточных и всех межостаточных контактов. В силу использования процедур, основу которых составляет главным образом экспериментальная информация о наблюдаемых трехмерных структурах белков, результаты исследований в принципе не могут претендовать на дифференцированное отражение внутримолекулярных невалентных контактов. Таким образом, вопрос о функциональном назначении внутриостаточных и межостаточных взаимодействий в структурной организации белковой глобулы остается без ответа потому, что он по существу не рассматривался. [c.283]

В основу поиска геометрических критериев упаковки вторичных структур Птицыным положена простейшая полипептидная цепь — гомополимер из аминокислот с гидрофобными боковыми группами. Предполагается, что такая цепь в водном окружении обладает вторичными структурами, стабилизированными пептидными водородными связями, и третичной структурой, стабилизированной гидрофобными взаимодействиями боковых групп вторичных структур. Реальное поведение гомополипептидов в растворе, однако, не дает оснований для подобных предположений [159]. Молекулы гомополипептидов, как и молекулы практически всех искусственных полимеров, имеют огромное количество близких по энергии непрерывно флуктуирующих в растворе свернутых форм, среди которых могут быть линейно регулярные. В отличие от белков здесь не возникает самой простой проблемы поиска геометрии глобальной структуры все свойства синтетических полипептидов обусловлены их статической природой. Следовательно, выбор гомополипептида для описания строго детерминированного процесса свертывания белковой цепи в конформационную стабильную трехмерную структуру нельзя признать удачным для подтверждения высказанных положений. Сомнителен также введенный автором принцип "внутренней организации участков аминокислотной последовательности, эквидистантных в отношении середины цепи" [191. С. 200], согласно которому центр всей последовательности и центры участков при последующем кратном делении цепи наделяются свойствами, не имеющими ничего общего с реальными конформационными свойствами как искусственных гомополипептидов, так и эволюционно отобранных аминокислотных последовательностей. [c.285]

Вначале будет рассмотрена только полностью развернутая полипептидная цепь, что отвечает термодинамическому состоянию аминокислотной последовательности на последней ступени денатурации, когда она уже лишена всех структурных элементов нативной конформации белка и дисульфидных связей. Такое состояние термодинамически равновесно, стабильно в постоянных условиях и назьшается статистическим клубком. Клубок качественно отличается от другого предельного сост ояния — нативной трехмерной структуры белка, поскольку это уже не детерминантная пространственная форма, а огромное множество близких по энергии, непрерывно флуктуирующих и преимущественно свернутых, но тем не менее рыхлых конформаций. Если физические и химические свойства аминокислотной последовательности в физиологических условиях строго детерминированы пространственной структурой белка, то свойства той же последовательности, полностью денатурированной, обусловлены статистической природой клубка. По отношению к этому состоянию теряют смысл такие понятия, как геометрия трехмерной структуры, функциональная специфичность, взаимообусловленность, кооперативность состояний различных частей цепи и т.д., одним словом, те понятия, которые отражают уникальность свойств аминокислотной последовательности каждой белковой макромолекулы в естественном, физиологически активном состоянии. Детерминация нативной трехмерной структуры белка, однако, не означает ее статичность и полное отсутствие флуктуаций. [c.340]

В этой главе мы обсудим различные факторы, определяющие конформацию белка. Сначала мы рассмотрим особенности геометрии молекулы, например фиксированные длины связей и величины валентных углов полипептидной цепи. Затем проанализируем ограничения, налагаемые на возможные конформации стерическими факторами. Мы также рассмотрим усоверщенствованный вариант подобного анализа, основанный на использовании более реалистических потенциальных функций. В заключение мы познакомимся с другими факторами, играющими очень важную роль в формировании белковых структур. К ним относятся образование хорощо изученных водородных связей и гидрофобные взаимодействия, природа которых менее понятна. Если бы все эти факторы были достаточно хорошо изучены и существовал соответствующий математический аппарат, появилась бы возможность предсказывать, например, трёхмерную структуру белка по его аминокислотной последовательности. Эта цель еще не достигнута, но недавние успехи показывают, что ее нельзя считать нереальной. (Другие аспекты укладки белковых молекул обсуждаются в гл. 21.) [c.237]

Замещение дистального His-63 на аргинин в р субъединице гемоглобина в отличии от вышеприведенного случая увеличивает его сродство к кислороду [Winterhalter, 1969] вследствие того, что аргинин больше по объему, чем тирозин, и не может расположиться в лигандном кармане [Perutz, Lehmann, 1968]. Это тоже является важным обстоятельством, поскольку расстояние между функциональными группами в области активного центра белка определяется геометрией расположения всех аминокислотных остатков полипептидной цепи, и поэтому замена даже одной аминокислоты приводит к резкому нарушению расположения функционально важных остатков относительно друг друга. Это, в свою очередь, нарушает конформацию активного центра белка и из- [c.12]

И тот и другой удовлетворяют требованиям структурной геометрии пептидной связи и характеризуются допустимыми для полипептидной цепи значениями углов ф и г) . Оба вида -структур схематически изображены на рис. 6.10. Один из них, названный антипарал-лельным складчатым листком, образован вытянутыми полипептидными цепями, аминокислотные последовательности которых, начиная от ННг-концевого и кончая СООН-концевым остатком, направлены в противоположные стороны. Второй вид -структуры — параллельный складчатый листок — образован полипептидными цепями, направления которых совпадают. Обе эти структуры ста- билизированы широкой сетью водородных связей, в образовании которых участвуют атомы пептидных связей прилегающих друг к другу цепей. На рисунках 6.11 и 6.12 схематически показано скручивание полипептидных цепей супероксиддисмутазы Е. oli и фла- [c.192]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология