Глобула белковая пространственное строение

Интенсивное изучение пространственного строения синтетических полипептидов продолжалось в течение 1950-х и первой половины 1960-х годов. Были привлечены практически все известные физические и физикохимические методы, позволяющие получать информацию о строении молекул в твердом состоянии и в растворах. Наибольшее количество данных было получено с помощью рентгеноструктурного анализа, методов рассеяния рентгеновских лучей под малыми углами, дисперсии оптического вращения, кругового дихроизма и дейтерообмена, с помощью обычных и поляризованных инфракрасных спектров. Из полученного при исследовании синтетических полипептидов огромного экспериментального материала, однако, не удалось сделать обобщающих заключений о причинах стабильности регулярных структур и сказать что-либо определенное на этой основе о принципах структурной организации белков. И тем не менее, результаты исследования повсеместно были восприняты как подтверждающие ставшее общепринятым представление о том, что пространственное строение белковой глобулы представляет собой ансамбль унифицированных регулярных блоков вторичных структур, прямую информацию о геометрии которых дают высокомолекулярные синтетические пептиды. а-Спиральная концепция Полинга не только не была поставлена под сомнение, но еще более утвердилась. В 1967 г. Г. Фасман писал "Общепризнано, что лишь несколько конформаций, благодаря своей внутренней термодинамической стабильности, будут встречаться наиболее часто и, по-видимому, именно они составляют общую основу белковой структуры" [5. С. 255]. Между тем, в то время уже были известны факты, настораживающие от безусловного принятия а-спиральной концепции Полинга. Но они выпадали из множества других фактов, согласующихся с традиционным представлением, казавшимся логичным и правдоподобным, к тому же не имевшим альтернативы. Поэтому на данные, противоречащие концепции Полинга, долгое время не обращали внимания. [c.72]

Одно из наиболее существенных отличий процесса свертывания белковой цепи от перехода спираль-клубок синтетического полимера связано с дальними взаимодействиями, обусловливающими в значительной мере глобулярную форму нативной конформации белков. Свободная энергия глобулы по отношению к энергии полностью развернутого состояния, согласно Гё [61], может быть выражена суммой двух членов, пропорциональных объему и площади поверхности глобулы. При одном и том же объеме энергия системы будет минимальной при реализации пространственного строения белка в форме одной глобулы. Данное соображение послужило основанием для создания Гё однодоменной глобулярной модели свертывания белковой цепи, согласно которой аминокислотная последовательность на любой стадии ее структурирования состоит из двух частей - [c.492]

Ген ответствен за первичную структуру белка, выполняющего свою биологическую функцию. Эта биологическая функция определяется пространственным строением макромолекулы белка. В свою очередь, как о том свидетельствует множество фактов, закручивание белковой цепи в глобулу фиксированного строения продиктовано ее первичной структурой, генетически закодированной последовательностью аминокислот. [c.286]

Следовательно, структура гена действительно предопределяет биологическую функцию белка, его работу в клетке. И искать смысл кода следует в пространственном строении белка. Иными словами, прежде всего нужно ответить на вопрос о том, как формируется белковая глобула. [c.286]

Биологические функции белков тесно связаны с их пространственной структурой. Действительно, ферментативная активность, например, белка лизоцима определяется тем, что внутри него имеется полость, необходимая для захвата субстрата — полисахаридных оболочек бактерий. Если изменить внешние условия, свойственные живым клеткам, а именно повысить температуру или изменить кислотность среды, то белок денатурирует. Денатурация означает сохранение первичной структуры белка, но изменение его пространственного строения, т. е. конформации, и именно благодаря изменению конформации белок утрачивает свои биологические свойства в случае лизоцима форма белковой глобулы станет более беспорядочной и размеры полости не будут соответствовать размеру субстрата. [c.359]

И, наконец, в-третьих, химия и стереохимия ферментов находятся толькО в начале своего развития. Из более чем 900 известных ферментов около 200 выделено в виде индивидуальных кристаллических белков. Сейчас сравнительно легко провести обш,ий аминокислотный анализ белка, но это мало что дает для катализа, поскольку каталитическая активность фермента обусловлена его небольшой частью — активным центром. Изучение последовательности аминокислот в полипептидных цепях белка связано с затратой большого труда и времени, но этих данных недостаточно для понимания свойств фермента как катализатора, поскольку в состав активного центра фермента обычно входят аминокислотные остатки из различных участков первичной полипептидной цепи. Чтобы изучать ферменты так, как это принято для гомогенных катализаторов, необходимо знать пространственное строение белков в области активного центра и смежных с ним участков белковых глобул. Примерно для десяти кристаллических ферментов, т. е. всего для 0,1% от их общего числа, имеются достаточно полные структурные данные и ожидается, что еще столько же ферментов будет изучено в ближайшие годы. Более или менее вероятные сведения об активных центрах, полученные главным образом на основе косвенных физико-химических данных, имеются примерно для 20% известных ферментов. Поэтому последовательное физико-химическое описание ферментов пока еще нельзя положить в основу систематизации ферментов. Это задача будущего. [c.55]

При описании пространственного строения белков используют понятия вторичной и третичной структуры. Терминология связана с тем, что построение белковой глобулы раньше себе представляли как бы происходящим в два этапа — сначала путем уплотнения, скручивания полипептидной цепи в некоторую спираль, а затем уже укладкой спирали в компактную глобулу. При этом характер спирализации цепи называли вторичной структурой, а способ пространственной укладки, предварительно скрученной в спираль полипептидной цепи — третичной структурой. Если совсем не учитывать действия белковых заместителей, то скручивание полипептидной цепи [c.87]

В других случаях возможна обратимая диссоциация глобулы до отдельных полипептидных цепей. Для гемоглобина разделение на а-, р-цепи происходит достаточно легко, тогда как воссоединение отдельных а- и (3-цепей — трудно выполнимая задача. Однако понятие четвертичной структуры основано совсем не на возможности реконструкции фермента из отдельных субъединиц. Строгое определение четвертичной структуры означает, что в сложную глобулу фермента объединяются структурно независимые элементы — отдельные субъединицы. Если ассоциация не изменяет строения отдельных частей, то понятие четвертичной структуры приобретает ясный физический смысл. В противном случае речь идет лишь об обратимости построения сложной молекулы белка, не зависящей от иерархии структур — первичной, вторичной, третичной и четвертичной. В действительности отдельные субъединицы ферментов изменяют свои конформации при ассоциации, поэтому понятие четвертичной структуры является еще менее строгим, чем третичной или вторичной. Речь идет просто о том, что пространственное строение белковой глобулы зависит от всех межмолекулярных взаимодействий в системе. Как правило, построение глобулы белка не удается рассматривать в виде последовательности независимых процессов — скручивания цепи в спираль, укладку цепей в отдельные субъединицы и объединение независимых субъединиц. На каждом этапе происходят конформационные изменения, что и делает нестрогим понятие вторичной, третичной и четвертичной структуры. [c.124]

Кристаллическая структура белка - это очень сложным образом полученная и, по-видимому, самая дорогая во всех отношениях фотография. Представленное на ней изображение позволяет увидеть многие детали внутреннего устройства белковой глобулы. Но, как и любая другая фотография, она не раскрывает природы внутренних связей и принципы организации изображенного объекта, его возможного поведения при изменении внешних условий. Кристаллография белка - это морфология биосистемы молекулярного уровня. Для перехода к изучению физиологии белка одной фотографии кристаллической структуры белка, т.е. одной морфологии, недостаточно. На приведенной ниже схеме показана цепочка субординационных взаимоотношений между функцией белка (в данном случае, фермента) и его химическим и пространственным строением. Из схемы видно, что наблюдаемая структура белковой молекулы не имеет непосредственной связи с реализуемой каталитической функцией. Существующая же связь, во-первых, направлена не от функции к структуре, а от структуры к функции, т.е. в сторону, противоположную традиционному направлению поиска, и, во-вторых, включает три промежуточных звена и требует последовательного решения трех задач. [c.76]

Структурные данные, указывающие способ пространственной укладки полипептидной цепи, т. е. раскрывающие третичную структуру белковых глобул, подтверждают наличие адсорбционных центров, построенных в виде щели и расположенных недалеко от каталитических центров. Так, активный центр карбоангидразы представляет собой некоторую щель , на дне которой и располагается каталитический участок. Эти щели имеют вполне определенные геометрические размеры и такое распределение полярных и неполярных групп, которое позволяет пропускать к каталитическим центрам и придавать необходимую ориентацию молекулам со строго определенным строением и химическими свойствами. Этим самым обусловливается специфичный отбор субстратов. [c.506]

Пространственное расположение полипептидных цепей в белковых молекулах существенно отличается от строения простых синтетических полимеров. Относительно сильные взаимодействия между различными участками полипептидных цепей приводят к тому, что по крайней мере нативные ферменты представляют собой компактные глобулы, не содержащие внутри себя растворителя (воды), причем пространственная укладка полипептидных цепей строго определенна, воспроизводима и специфична для каждого фермента. Это ничем не напоминает картину рыхлого статистического клубка, содержащего большую долю растворителя, что характерно для молекул обычных линейных полимеров в растворе. [c.87]

Пространственное строение и динамические свойства белковых глобул изучаются теоретически и при помощи ряда экспериментальных методов. Наиболее детальную информацию дает рентгеноструктурный анализ. Более простые методы оптики, оптической спектроскопии, спектроскопии ЯМР и ЭПР, а также if спектроскопии дают сведения о долях остатков, находящихся в а- и -структурах, о внутриглобулярной подвижности и т. д. Эти методы охарактеризованы в следующей главе. [c.112]

Современное естествознание пользуется двумя главными методами для изучения строения вещества. Эти методы — химия и оптика в щироком смысле слова, т. е. изучение взаимбдействия вещества со светом во всем допустимом диапазоне длин электромагнитных волн — от рентгеновских до радиоволн. Химия рас-щифровывает первичную структуру белковых цепей, а также структуру функциональных центров белковых глобул, а частности активных центров ферментов (см. гл. 6). Однако химия (биохимия) как таковая не может установить пространственное строение молекулы белка или нуклеиновой кислоты. [c.265]

Пространственное строение тРНК характеризуется большой компактностью молекул в нативном состоянии. Положение спиральных участков фиксировано, вероятно, в результате взаимодействия неспиральных участков. В этом смысле молекула тРНК сходна с белковой глобулой. Для поддержания нативной пространственной структуры необходимы ионы Mg. Термически денатурированная тРНК способна к ренатурации. Эти особенности структуры установлены путем исследования гидродинамических свойств и рентгеновского рассеяния под малыми углами (см., в частности, [58, 59]). [c.574]

Одно из наиболее существенных отличий процесса свертывания и развертывания белковой цепи от перехода спираль—клубок синтетического полимера связано с дальними взаимодействиями, обусловливающими в значительной мере глобулярную форму нативных конформаций белков. Согласно Го [207], свободная энергия глобулы по отношению к энергии полностью развернутого состояния может быть выражена суммой двух членов, пропорциональных объему и площади поверхности глобулы. При одном и том же объеме энергия системы будет минимальной в случае реализации пространственного строения белка в форме одной глобулы. Это обстоятельство послужило основанием для создания Го однодоменной глобулярной модели свертывания белковой цепи. Согласно этой модели, аминокислотная последовательность на любой стадии структурирования состоит из двух частей — глобулы и клубка, а сборка белка заключается в последовательном переходе остатков из беспорядочной, флуктуирующей области в упорядоченную, конформационно жесткую область. При таком моделировании, как и при использовании решетчатой модели белка Го и Такетоми, свертывание полипептидной цепи может происходить лишь по единственному механизму двухфазного процесса. [c.298]

Термин ашостерический образован от греческих слов аллос — другой и стереос — пространственный. Существует ряд ферментов, имеющих в своем составе, кроме активного центра, так называемый аллостерический центр, присоединение к которому определенных химических веществ — эффекторов — приводит к изменению конформации белковой глобулы и, как следствие, модификации ферментативной активности. Молекулы аллостерических ферментов содержат наборы как активных, так и аллостерических центров, причем с аллостерическим центром может соединяться как субстрат, так и эффектор, отличающийся по строению от субстрата. [c.81]