Узнавание молекулярное

Структурные компоненты не меняются нас интересует в данном случае, что же участвует в превращении. Если необходимо провести определенные реакции с образованием или разрывом химических связей, исходя из конкретного соединения, то необходимо сконструировать подходящий специфический катализатор, способный узнавать этот субстрат. Другими словами, в основе всех биохимических явлений лежит соответствие молекулы субстрата и специфической реакции, которую он должен претерпеть, другой структуре более высокого порядка, содержащей всю информацию о планируемом специфическом превращении. Только большие макромолекулы могут содержать молекулярную информацию, достаточную для узнавания субстрата, с одной стороны, а с другой — для термодинамически эффективного превращения. В роли таких макромолекул выступают белки. Они должны обладать чрезвычайно гибкими физико-химическими свойствами, поскольку их субстраты — огромное множество соединений, весьма различающихся по своим физическим и химическим свойствам. [c.15]

Процесс соответствующих взаимодействий, имитирующих те, которые доминируют в биохимических процессах и относящихся к нековалентным, получил название "молекулярное узнавание". Молекулярное узнавание можно определить как процесс, включающий в себя как связывание, так и выбор молекулы - "гостя" данной молекулой -"хозяином". Просто связывание молекул не является молекулярным узнаванием. Согласно Лену [4], "узнавание - это связывание с целью". Данное поведение характерно для многих биохимических процессов, таких как ферментативные реакции, связывание "рецептор-субстрат", сборка белковых молекул, иммунное взаимодействие антиген-антитело, транспорт через мембрану и т.д. Одним из критериев молекулярного узнавания является то, что константа ассоциации между "хозяином" и "гостем" является значительно более высокой по сравнению с константами образования комплексов между другими молекулами, присутствующими в системе. В связи с этим особое значение приобретает исследование энергетики межмолекулярных взаимодействий биомолекул. Энергетические параметры позволяют судить о силе взаимодействия, наличии или отсутствии ассоциации между молекулами, а также выявить и описать влияние растворителя на процесс молекулярного узнавания. [c.185]

Взаимодействие биомолекул в растворах сопряжено не только со слабыми (нековалентными) взаимодействиями. Значительна роль молекулярного комплексообразования в биологических процессах. Сильные взаимодействия в многокомпонентных системах биомолекул приводят к возникновению так называемых супрамолекулярных комплексов. Образование соединений, имеющих весьма сложное строение, присуще многим фундаментальным биохимическим реакциям. Молекулярные комплексы биомолекул являются действующим началом многих современных лекарственных препаратов. Большое значение в этих процессах имеет комплементарность взаимодействующих молекул, их так называемое "молекулярное узнавание". Термодинамические аспекты этого экстраординарного явления рассмотрены в четвертой главе монографии, в которой развит подход к комплексному изучению сильных и слабых взаимодействий в растворах таких модельных биологических соединений, как аминокислоты, пептиды, краун-эфиры, криптанды, циклодекстрин, основания нуклеиновых кислот. Значительное место отведено анализу роли растворителя в молекулярном узнавании биомолекул. [c.6]

Не считая эту классификацию исчерпывающей, можно утверждать, что обонятельная рецепция начинается с узнавания молекулярной структуры пахучих веществ рецепторными участками мембран соответствующих клеток. Такое узнавание реализуется, по-видимому, посредством слабых взаимодействий. [c.356]

Эти примеры показывают, что молекулярный дизайн, основанный даже на достаточно прямолинейном анализе размеров и формы субстрата и рецептора, может служить эффективной стратегией ддя достижения высокой селективности в узнавании, связывании и переносе различных соединений. [c.481]

Молекулярно-пучковая эпитаксия 4/113, 116 Молекулярное узнавание 3/787,791, [c.653]

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МОЛЕКУЛЯРНОГО "УЗНАВАНИЯ" [c.184]

Одной из самых интригующих и перспективных задач современной науки является изучение механизма и движущих сил процессов, происходящих в живом организме. Решение этих проблем позволит перейти на качественно новый уровень развития фундаментальных и прикладных наук, таких как медицина, биотехнология и фармакология. В области химических наук толчком к началу исследования процессов молекулярного узнавания в биосистемах послужило открытие в конце бО-х годов искусственных молекул (краун-эфиров), способных к специфическому распознаванию других химических частиц. В последующие годы бурное развитие получил синтез соединений, способных к самоорганизации. На рубеже 80-90-х годов сформировалась новая область знаний, получившая название "супрамолекулярная химия". У ее истоков стоят работы трех нобелевских лауреатов 1987 года -Ч. Педерсена, Д. Крама и Ж.-М. Лена [1-3]. По определению Лена [4], супрамолекулярная химия - это химия межмолекулярных связей, изучающая ассоциацию двух и более химических частиц, а также структуру подобных ассоциатов. Она лежит за пределами классической химии, исследующей структуру, свойства и превращения отдельных молекул. Если последняя имеет дело главным образом с реакциями, в которых происходит разрыв и образование валентных связей, то объектами изучения супрамолекулярной химии служат нековалентные взаимодействия водородная связь, электростатические взаимодействия, гидрофобные силы, структуры "без связи". Как известно, энергия невалентных взаимодействий на 1-2 порядка ниже энергии валентных связей, однако, если их много, они приводят к образованию прочных, но вместе с тем гибко изменяющих свою структуру ассоциатов. Именно сочетание прочности и способности к быстрым и обратимым изменениям - характерное свойство всех биологических молекулярных структур нуклеиновых кислот, белков, ферментов. [c.184]

Книга посвящена научному обобщению и анализу новых результатов современных теоретических и экспериментальных исследований в области термодинамики, структуры и реакционной способности биологически активных веществ в растворах. Принципиальным в данной монографии является подход, при котором системы биологически активное вещество-растворитель рассматриваются с единых позиций концепции определяющей роли растворителя и сольватации в биофизических явлениях и процессах. Большое внимание уделяется необычным явлениям в растворах - "молекулярному узнаванию" взаимодействующих частиц и стереоспецифической гидратации. Рассматривается широкий круг взаимосвязанных вопросов, касающихся общих теоретических проблем химии растворов и относящихся к исследованиям отдельных биообъектов - биомолекул веществ, входящих в состав живого организма. [c.403]

Аз, описывающих тройные взаимодействия, прямо пропорционально зависят от размера сольватной оболочки пептидов в воде, что подтверждает прямое влияние сольватации на молекулярное узнавание пептидов в воде. [c.201]

Таким образом, взаимодействия криптанда [222] с рассмотренными аминокислотами имеют различный характер, который определяется особенностями структуры, гидратационных свойств и стерического соответствия взаимодействующих молекул. Указанные факторы определяют способность макроциклического лиганда к молекулярному узнаванию аминокислот в воде. [c.223]

Следовательно, необходимо, чтобы состав белков мог меняться в широких пределах, так чтобы они узнавали различные субстраты и взаимодействовали с ними. Для некоторых белков требуется присутствие других соединений (небелковой природы) для участия в процессах узнавания и превращения. Такие соединения называются коферментами. Поэтому можно заранее сказать, что катализаторы белковой природы, или ферменты, должны обладать высокой степенью упорядоченности и организации. Кроме того, вся необходимая информация должна быть записана наиболее компактным образом. Такие упорядоченные биополимеры, с помощью которых работает и самовоспроизводится двигатель внутреннего сгорания клетки, также должны совершеиио точно воспроизводиться. Было установлено, что действие ферментов высокоспецифичио структуре субстратов. Следовательно, информация о молекулярной организации белков (ферментов) должна надежно храниться, будучи записанной на стабильном, относительно консервативном языке. И вот тут-то выходят на сцену нуклеиновые кислоты. Значит, существует еще одно соответствие [c.15]

Комплексы Ь-Туг с а- и р-ЦД в обоих случаях являются наиболее устойчивыми. Комплекс а-ЦД/Ь-Туг значительно превосходит по устойчивости остальные комплексы а- и р-ЦД с АК (табл. 4.17). Аномально высокое значение константы комплексообразования а-ЦД с Ь-Туг можно объяснить следующим образом. Длина молекулы Ь-Туг и глубина полости а-ЦД практически одинаковы (-8 А). Поэтому, несмотря на то, что включение фенольного кольца в полость а-ЦД является структурно неблагоприятным фактором, высокую устойчивость комплексу придают взаимодействие концевой ЫНз-группы Ь-Туг с ОН-группами а-ЦД, окружающими один конец макроциклической полости, и образование дополнительных Н-связей между ОН-группами молекул "гостя" и "хозяина" с другого конца полости ЦД. Образование такого устойчивого комплекса, на наш взгляд, является ярким примером молекулярного узнавания между макроциклическим лигандом и АК и может использоваться практически. [c.226]

В ПРОЦЕССЕ МОЛЕКУЛЯРНОГО УЗНАВАНИЯ БИОМОЛЕКУЛ [c.246]

Знание пространственного строения и динамических конформационных свойств природных олигопептидов представляет также большой самостоятельный интерес. Оно необходимо для исследования молекулярных механизмов узнавания, стимулирования, регуляции и т.д., иными словами, для выяснения структурно-функциональной организации многочисленных пептидных гормонов, медиаторов, модуляторов, антибиотиков, ионофором и других низкомолекулярных физиологически активных пептидов. Априорный расчет конформационных возможностей олигопептидов приобретает здесь особый смысл, поскольку именно теоретический подход только и может (а следовательно, и должен) стать основой строгого решения необычной по своей общности, научной и практической значимости проблемы установления зависимости между структурой и функцией пептидов (подробно см. гл. 18). [c.388]

Биомиметика ферментов и молекулярного узнавания 4.2.3Л Постановка проблемы [c.476]

Однако супрамолекулярная химия при всех своих волнующих перспективах и животрепещущей увлекательности лежит за пределами темы нашей книги. Адресуем читателя к более специализированной литературе по этому предмету [Ъ2%, 33а, 38а,о]. Тем не менее, поскольку уж мы затронули базовые концепции и синтетическую стратегию этой области, перечислим в заключение основные проблемы, с которыми она сейчас имеет дело [38о]. Это устройства молекулярной фотоники, способные оперировать в режиме поглощение световой энергии/перенос энергии/излучение, свет/электрон или свет/ион устройства молекулярной электроники, сконструированные как молекулярные провода и переключатели, чувствительные к окислительновосстановительным или световым сигналам молекулярно-ионные устройства, способные образовывать трубки, монослои или грозди трубок, каналы для ионного транспорта программируемые молекулярные системы, способные к самосборке и, в конечном счете, к самоорганизации в форме, определяемой элементами молекулярного узнавания создание супрамолекулярных систем селективного узнавания субстратов, способных проводить требуемые химические трансформации с эффективностью и селективностью, свойственными ферментативному катализу. Как указывал Лен [38о], общей нитью всех областей супрамолекулярной химии является информация, запи- [c.509]

Руководствуясь такими соображениями, Лен и Сирлин [148] получили хиральный макроциклический молекулярный катализатор, несущий цистеиновые остатки. Катализатор связывает ал-киламмониевые соли, вызывает увеличение скоростей внутримолекулярного тиолиза связанных с ним субстратов, обнаруживая структурную селективность к эфирам дипептидов, и обладает ярко выраженной тенденцией к хиральному узнаванию ь-энан- [c.277]

Значение даже всех этих непосредственных позитивных последствий открьггия краун-эфиров перекрывается возможностями накогьтения знаний, существенных для понимания одной из наиболее фундаментальных и волнующих биохимических, вернее, молекулярно-биологических проблем — проблемы молекулярного узнавания, Все главные биохимические события в живых организмах так или иначе имеют отношение к первичному событию узнавания. Узнавание разнообразных эндогенных или экзогенных соединений ре- [c.474]

Рис. 4.15. Модель комплекса 18-кра-ун-6-диаланин-вода, иллюстрирующая стерические препятствия молекулярному узнаванию, создаваемые метильной фуппой

Уже на первых шагах изучения краун-эфиров исследователи осознали, что создание искусственных систем, способных моделировать биологические явления молекулярного узнавания и связывания, может привести к далеко идущим последствиям. Как заметил Лен, комментируя уникальную способность криптанда 221 к тетраэдрическому узнаванию иона аммония, это представляет одну из самых ярких иллюстраций молекулярной инженерии, включающей достижение цели химии абиотических рецепторов дизайна синтетических рецепторных молекул путем правильного магшпулирования геометрическими (структура рецептора) и энергетическими (связывающие сайты, межмолекулярные взаимодействия) особенностями с тем, чтобы добиться высокой комплсментарности рецептора и субстрата [33d] (курсив авторов). [c.475]

Следует подчеркнуть, что до сих пор нее успехи в этой области ограничивались дизайном упрощенных аналогов, способных воспроизводить только само расщепление ДНК природными прототипами. Между тем, структуры всех ендииновых антибиотиков содержат также домены, составляющие элементы систем доставки агента к мишени и его селективного связывания с этой мишенью (см. выше). Функционирование этих систем управляется гораздо более прихотливыми взаимодействиями между вовлеченными в события молекулами, которые пока затруднительно недвусмысленно интерпретировать в терминах причины и следствия (ср. обсуждегаде вопросов молекулярного узнавания в разд. 4.2.3). Поэтому рациональный дизайн структурных фрагментов, котор7а1е следует присоединить к молекуле аналога с тем, чтобы он и в этом отношении функционировал подобно природному образцу, представляет несраБненно более трудную задачу. Пока что достижения в этом направлении не слишком выразительны и основаны главным образом на чисто эмпирическом варьировании природы привесков (таких, как ароматические циклы или углеводные остатки) [40Ь]. Тем не менее, есть все основания ожидать, что накопление экспериментальных данных в конечном итоге принесет реальный прорыв в понимании основных особенностей явлений молекулярного узнавания и связывания, что сделает возможным создание более изощренных моделей, наделенных способностью к специфическому связыванию с ДНК. [c.532]

Лит Богданов А А, Леднева Р К, Нуклеиново-белковое узнавание, в сб Итоги науки н техники, сер Молекулярная биология, т 5, М, 1975, Нуклеиново-белковое узнавание, там же, т 17, М, 1982, Зенгер В, Принципы TpvrnpHOH организации нуклеиновых кнслот, пер с англ, М, 1987 [c.304]

При изучении природы молекулярного узнавания в биологических растворах необходимо знать сольватационные характеристики биомо- [c.189]

Важным аспектом, помогающим понять принципы молекулярного узнавания пептид-пептид в воде, является оценка влияния на указанный процесс гидратационных свойств боковых групп пептидов. Эта оценка проводится с использованием метода групповых вкладов [29]. В частности, вклад аланильного бокового остатка в величину hi можно рассчитать следующим образом [c.195]

Необходимо подчеркнуть, что особенности строения дипЬптидов отражаются на энергетических параметрах их взаимодействия с эфиром 18-краун-б. Метильная группа пептидов, расположенная вблизи макроциклического кольца, способствует образованию энтропийно стабилизированных комплексных частиц. Структурные изомеры имеют значительно отличающиеся термодинамические характеристики комплексообразования, в то время как пептиды, имеющие подобное геометрическое строение, взаимодействуют одинаково с 18-краун-б. Выявленные отличия комплексообразования дипептидов различного строения с эфиром 18-краун-б также могут служить основой молекулярного узнавания этих соединений макроциклическим лигандом. [c.216]

Анализируя данные по термодинамическим параметрам реакций комплексообразования эфира 18-краун-б (табл. 4.8) и р-ЦД (см. ниже табл. 4.17) с аминокислотами в воде, можно сделать следующие сравнительные выводы о взаимодействии указанных макроциклов с АК в воде. Константы равновесия реакций комплексообразования 18-краун-б с АК меньше соответствующих констант для систем р-ЦД + АК, однако 18-краун-б имеет более сильную комплексообразующую способность к АК по сравнению с р-ЦД. Ассоциация 18-краун-б со всеми АК в воде происходит по единому механизму за счет образования трех водородных связей посредством КНз-группы АК и через три электростатических взаимодействия Г Г. .. О. р-ЦД селективно ассоциирует с изученными АК и образует комплексы только с ароматическими АК за счет специфических взаимодействий, а процесс комплексообразования в большей мере, чем в случае с 18-краун-б, управляется влиянием среды. Это подтверждается существованием зависимости энтальпии комплексообразования (Д(.// ) 18-краун-б и р-ЦД от энтальпии гидратации (Д ,у ,Л) аминокислот (рис. 4.14), из которой выпадают только значения для комплексов Ь-Шз-р-ЦД, Ь-01п-18Кб, Ь-Р11е-18К6, что свидетельствует об ином механизме молекулярного узнавания этих АК указанными макроциклами. Как видно из рис. 4.14, зависимость А,Н А,,у гН) для Р-ЦД сильнее выражена, чем для 18-краун-б, что говорит о большем влиянии растворителя на процесс ассоциации АК с р- [c.227]

В последующих главах рассматриваются результаты конформацион-1 0го анализа большой серии природных олигопептидов. Их пространст- енное строение практически полностью определяется взаимодействиями ежду близко расположенными в цепи остатками, и поэтому они представляют собой естественные объекты исследования средних взаимодействий. Здесь нельзя было ограничиться анализом единичных примеров в силу по крайней мере двух обстоятельств. Во-первых, изучение конформационных возможностей природных олигопептидов является, как станет ярно позднее, самым ответственным и сложным, но в то же время 1 иболее интересным этапом на пути к априорному расчету трехмерных структур белков. Очевидно, понимание пространственного строения и механизма спонтанной, быстрой и безошибочной укладки белковой последовательности в нативную конформацию невозможно без установления инципов пространственной организации эволюционно отобранных низко- лекулярных пептидов. Между природными олиго- и полипептидами нет четко очерченных границ, и количественная конформационная теория лее простых молекул является естественной составной частью конформационной теории более сложных соединений той же природы. Во-вторых, Й1ание пространственной организации и динамических конформационных свойств природных олигопептидов - гормонов, антибиотиков, токсинов и т.д. - необходимо -вакже для изучения молекулярных механизмов узнавания, действия и регуляции биосистем, выявления структурно-функциональных особенностей пептидов и белков. [c.233]

В прокариотах имеются три белка, участвующих в терминации и обозначаемых как RF-1, RF-2 и RF-3. Молекулярные массы этих белков лежат между 45000 и 50000 дальтон. RF-1 узнает кодоны UAA, и UAG, RF-2 специфичен к кодонам UAA и UGA, в то время 1сак RF-3 в узнавании кодонов непосредственного участия не принимает, а требуется для вовлечения ГТФ/ГДФ в процесс термин ии. [c.267]

Невалентные взаимодействия были открыты Ван-дер-Ваальсом (1873 г.), пытавшимся объяснить отклонение поведения реального газа от закона идеального газа. Взаимодействия между валентнонесвязанными атомами имеют огромное значение для биологических организмов в частности, они ответственны за спонтанное свертывание полипептидных цепей н цепей нуклеиновых кислот, а также спонтанное образование мембран. Благодаря им происходит узнавание комплементарных молекулярных поверхностей ( система ключ — замок ) [44]). [c.38]

Продукты некоторых фаговых генов alt и mod) способствуют введению ADP-рибозильных остатков в а-субъединицы РНК-полимеразы. Физиологическое значение такой модификации в точности ие выяснено. На поздних стадиях инфекции наблюдается изменение полипептидного состава очищенных препаратов РНК-полимеразы исчезает а-субъединица (или ее содержание резко падает) и появляются вирус-специфические полипептиды, в частности продукты генов 55 (функциональный аналог а-субъединицы), 33, а также некоторые другие. Полагают, что именно такая измененная, содержащая вирус-специфические субъединицы РНК-полимераза способна узнавать поздние промоторы, структура которых отличается от структуры ранних промоторов как в районе —35 , так и в районе —10 . Но чтобы узнавание поздних промоторов было эффективным, ДНК-матрица должна находиться в компетентном состоянии. Молекулярная природа такого состояния не расшифрована, но ясно, что оно возникает при репликации фаговой ДНК. [c.297]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология