Спирализация в белках

Но несмотря на те или иные недостатки каждого метода, все они находят широкое применение при изучении вторичной структуры белков и полипептидов. Относительная простота этих методов, возможность применения ряда из них для оценки степени спирализации белка в растворе и для оценки типа вторичной структуры делают их незаменимыми источниками информации о строении большинства белков. [c.112]

Дальнейшее исследование инфракрасных спектров поглощения и их дихроизма показало, что синтетические полипептиды, состоящие из остатков Ь-аминокислот, у которых водород р-уг-лерода замещен на какие-либо другие группы, имеют большей частью неспиральную конформацию. В табл. 1 аминокислоты были расположены в порядке, соответствующем их тенденции образовывать в полипептидах а-спиральные или неспиральные структуры. Так, поли-Ь-лейцин образует а-спираль, а поли-Ь-ва-лин — складчатую р-структуру. Тот факт, что полипептиды, образованные из этих весьма похожих друг на друга аминокислот, имеют столь различные структуры, указывает на существенную зависимость вторичной структуры от свойств аминокислотных остатков, входящих в полипептидную цепь. Вполне возможно, что степень спирализации некоторого участка белка зависит от числа и порядка расположения аминокислот, способствующих образованию спиральной конформации. [c.256]

Для каждого белка характерна определенная степень спирализации его полипептидной цепи. Степень спирализации устанавливают путем измерения удельного вращения плоскости поляризованного света. Изменение [c.60]

Вместе с тем в этих исследованиях выявляются важные особенности спиральных участков белковой цепи в глобуле. Анализ участков А, В, Е, G и Н а-спиралей свидетельствует о периодическом расположении в них неполярных аминокислотных остатков [111]. Спиральные последовательности ориентированы в глобуле таким образом, что эти остатки оказываются расположенными именно в ядре глобулы. Спирализация полипептидной цепи термодинамически выгодна для целого ряда аминокислотных остатков, так как она обеспечивает насыщение водородных связей. Но а-спирализация (равно как и образование Р-форм) определяется, вместе с тем, и гидрофобными взаимодействиями. Иными словами, вторичная структура стабилизуется пространственной структурой (третичной структурой) белка. [c.233]

В работе Лима [151] реализован более содержательный подход к проблеме. Как уже сказано, раздельное рассмотрение вторичной и третичной структуры белка не имеет самостоятельного смысла — вторичная структура является элементом пространственной структуры глобулы, ею определяемым (см. стр. 220). Лим исходит из того, что глобула состоит из гидрофобного ядра и полярной оболочки. Целиком гидрофильные участки не могут образовать более одного витка спирали, так как спирализация препятствует взаимодействию с водой. Спира-лизуются лишь те гидрофильные участки, которые примыкают к спирали, скрепленной с ядром. Образование длинных спиралей возможно лишь из участков, содержащих гидрофобные боковые группы, которые входят в ядро. Целиком гидрофобные участки спиральны, если они находятся внутри глобулы. Смешанные участки спиральны, если гидрофильные остатки расположены на поверхности глобулы, а гидрофобные — внутри нее. Об этом свидетельствуют, в частности, результаты изучения гемоглобина (см. стр. 232). Для спиралей характерны скобы , состоящие из гидрофобных остатков и находящиеся в положениях i, i 4- 4. [c.251]

В работе Есиповой и Туманяна [153] исследована уже не спирализация, но непосредственная связь между первичной и пространственной структурами белка. [c.252]

Изучить структуру белка на самом простом уровне — значит определить его первичную структуру, т. е. последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи, а также природу и положение поперечных связей. Вторичная структура белка, т. е. наличие и характер спирализации полипептидной цепи, в значительной степени зависит от первичной структуры. Она, кроме того, зависит от pH и ионной силы раствора, а также от тех свойств среды, которые влияют на водородные связи и гидратацию белка. Третичная структура белка возникает в результате дальнейшего изгибания и скручивания полипептидной цепи, уже имеющей вторичную структуру. В некоторых случаях вторичная и третичная структуры всецело определяются первичной структурой белка. Если такие белки подвергать воздействию повышенной температуры или обработать мочевиной, кислотой, щелочью или другими агентами, которые нарушают вторичную и третичную структуру, не затрагивая первичной, то возможно самопроизвольное восстановление их конформации. Примером подобных белков может служить фермент рибонуклеаза. В этом случае последовательность аминокислот в полипептидной цепи определяет даже положение дисульфидных мостиков, так что если после воздействия восстанавливающими агентами провести окисление в мягких условиях, то-образование поперечных дисульфидных связей происходит в тех же местах, где они были раньше. Другие ферменты необратимо денатурируются даже в относительно мягких условиях. В настоящее время не ясно, каким образом столь лабильная и высокоспецифичная структура, как третичная, возникает во время синтеза ферментного белка на поверхности рибосомы. [c.99]

Говоря о превращениях в разбавленных растворах белков, следует иметь в виду, что при очень медленном охлаждении не исключена возможность возникновения своеобразной термокинетической ситуации (по терминологии С. Я. Френкеля) — перехода клубок — глобула на молекулярном уровне без застудневания раствора. В этом отношении интересно отметить своеобразное поведение очень разбавленных растворов желатины ниже температуры, при которой происходит спирализация ее макромолекул, т. е. ниже 40 °С. В работе Зубова, Журкиной и Каргина [74] такие растворы подвергались выпариванию и полученный полимер растворяли при комнатной температуре. Образовывался опалесцирующий раствор, который при небольшом повышении температуры переходил в студнеобразное состояние. Растворимость желатины, получаемой при низкотемпературном испарении разбавленных растворов, дала основание авторам провести аналогию между этим полимером и глобулярными белками. [c.151]

Утрата возможности свободного вращения вокруг линии связи азот — углерод приводит к появлению цис-транс-изомерии, причем транс-изомеры более стабильны и именно они и встречаются в большинстве белков. Так как вращение вокруг связей группы (СО—ЫН) — атомы углерода возможно, то конфигурация белковых молекул должна представлять собой цепочку, в которой чередуются плоские элементы (СО—ЫН) и гибкие звенья. Фактически структура упрочняется частично за счет водородных связей азота и кислорода и приобретает вид спирали. Открытие спирализации полипептидной белковой цепи составляет заслугу Л. Полинга, Уотсона и Крика, исследования которых в этом направлении принесли им мировую славу. [c.161]

Для определения вторичной структуры белков используются в основном оптические методы. Конечно, более надежным является рентгеноструктурный метод, однако его применение сопряжено с определенными трудностями и требует значительного времени. Такие оптические методы, как дисперсия оптического вращения и круговой дихроизм, являются более простыми и, что весьма важно, позволяют определять изменений вторичной структуры белка в растворах. При помощи дисперсии оптического вращения можно получить информацию о степени спирализации белковой макромолекулы. Несмотря на то что метод является приближенным, достаточно отчетливо просматриваются переходы типа спираль—клубок. Что касается метода кругового дихроизма, то его спектр определяется набором углов ф и у, свойственных тому или иному типу вторичной структуры. Оба метода можно расценивать как скриннинго-вые, и для полной идентификации вторичной структуры их надо комбинировать с рентгеноструктурным анализом белков. [c.43]

Порядок следования аминокислот определяет первичную структуру белка, спирализация — это уже образование вторичной структуры, а изменение общей формы спирали обусловливает третичную структуру. Наконец, большие молекулы белка могут объединяться в еще более крупные агрегаты,—формируя уже четвертичные структуры. Такова сложная геометрическая конформация полипептидной цепочки. Трехмерные модели молекул мио-глобина и гемоглобина были впервые построены Кендрью в 1957—1961 гг. При этом были использованы данные, ранее полученные Перутцем. [c.55]

Однако в случае белков или полипептидов с большой степенью спирализации возникает второй большой вклад в оптическое вращение — за счет внутренней асимметрии самой а-спирали. Как уже говорилось, полипептиды, построенные из -аминокислот, образуют, вероятно, только правые спирали, которые будут вращать плоскость поляризации вправо. Таким образом, второй инкремент оптической активности по знаку противоположен первому по абсолютным величинам эти компоненты довольно близки друг к другу, и в целом величина оптической активности полипептидной спирали приближается к нулю. Каким же образом можно оценить эти составные оптические активности и на основании получаемых данных рассчитать степень спирализации полипептидной цепи [c.102]

Конформационные изменения и процессы взаимодействия макромолекул белков, а также характер структур, образующихся при таком взаимодействии, определяются двумя основными факторами 1) специфическими свойствами макромолекул, определяемыми линейной последовательностью аминокислотных остатков, типом спирализации и пространственной укладкой всех полипептидных цепей 2) условиями, которые могут вызвать тот или иной из разнообразных типов изменений взаимодействий, возможных при данной внутренней структуре макромолекул. Такие изменения приводят к образованию дисперсных пространственных структур либо в связи с денатурацией (яичный альбумин, казеин), либо в связи с процессом ренатурации — образованием коллагеноподобных спиралей (желатина). [c.131]

Степень спирализации различных белков (в %) [c.112]

Характер спирализации цепи называют вторичной структурой. Третичная структура характеризует пространственную укладку частично или полностью скрученной полипептидной цепи. Образование спиралей, если не учитывать действия боковых цепей, можно объяснить наличием межвитковых водородных связей, соединяющих группы —МН— и —СО— удаленных аминокислотных остатков. Образование таких связей сопровождается выигрышем энергии 5,8 кДж на моль связей. Характер объединения структурно независимых единиц в одну глобулу называется четвертичной структурой белка. [c.505]

Наличие а-спиралей позволяет проследить на глобулярных белках переходы спираль — клубок в водной среде. На рис. 1.25, а такой переход изображен для яичного альбумина при двух различных pH [52]. Мы видим, что температура перехода сильно зависит от pH. Рис. 1.25,6 показывает, в согласии с (1.153), смещение точки перехода в присутствии денатуранта (мочевины). Специальный интерес представляет эффект, изображенный на рис. 1.25, в. В чистом диметилформамиде (ДМФ) яичный альбумин превращается в моно-а-спираль. ДМФ, взаимодействуя с гидрофобными группами белка, ослабляет третичную структуру и способствует раскрытию складок. Поэтому, казалось бы, ДМФ должен способствовать укреплению вторичной структуры за счет третичной структуры. Однако это не так в присутствии ДМФ переход спираль — клубок происходит так же, как в присутствии денатуранта. Очевидно, взаимосвязь вторичной и третичной структур не ограничивается взаимными помехами (это было бы непонятно и с биологической точки зрения), но носит более сложный характер, в частности, по-видимому, третичная структура, хотя и препятствует развитию максимальной степени спирализации, но зато стабилизирует стери-чески разрешенные спиральные участки, например, создавая [c.84]

Однако данные, получаемые этим методом, весьма относительны, поскольку сама дифференцировка быстро и медленно обменивающихся атомов водорода часто бывает затруднительной. Причина этого состоит в следующем. Известно, что благодаря образованию отдельных вторичных связей (дисульфидные мостики, взаимодействие боковых радикалов и т. п.) могут возникать напряжения на отдельных участках а-спирали, которые приводят к ослаблению водородных связей. В результате атомы имидного водорода в этих звеньях будут обмениваться несколько быстрее, нежели атомы других пептидных групп, но медленнее, чем при полном отсутствии водородных связей. Например, из 123 пептидных водородов рибонуклеазы 70 обмениваются при 0° медленно, т. е. степень спирализации можно считать равной 57%. Но из этих 70 имидных водородов, стабилизированных Н-связями, 25 способны обмениваться с водой при 0° за несколько суток, 25 дополнительно обмениваются при 38° за сутки и лишь 20 не способны обмениваться вплоть до температуры плавления а-спирали. Отсюда степень спирализации может быть оценена и в 36% (45 медленно обменивающихся Н-атомов), и в 16% (20 необменивающихся Н-атомов). Поэтому метод скорости дейтерации может быть использован для оценки степени спирализации белка лишь в совокупности с другими приемами анализа. [c.107]

Осн. понятие Т. и. с.-частная эволюция [i-й процесс в ф-ле (1)], т.е. агрегация f ,-x компонентов системы, участвующих в /-М процессе, на j-m уровне иерархии. В случае закрытой (простой) физ.-хим. системы агрегация структурных элементов - неравновесный самопроизвольный процесс, для к-рого убыль ф-ции Г иббса можно определить согласно второму началу термодинамики. Так, неравновесную кристаллизацию жидкости ниже т-ры плавления можно рассматривать как агрегацию зародышей кристаллизации (верх, иерархич. уровень) в объеме однородной жидкости (ниж. иерархич. уровень). Убыль ф-ции Гиббса системы можно вычислить по приближенному ур-нию Гиббса-Гельмгольца AG = АН АТ/Т ), где ДЯ-изменение энтальпии системы при кристаллизации, АТ=Т — Т>0 (Т -т-ра плавления в-ва, Т-т-ра кристаллизации переохлажденного в-ва). Аналогично можно вычислить убьшь ф-ции Гиббса для процессов агрегации структурных элементов при спирализации цепей ДНК, агрегации молекул белков или полисахаридов с образованием надмолекулярных структур, [c.536]

Как и у белков, структуру ДНК можно значительно исказить путем внесения дополнительных супервитков (суперспиралей). Чтобы получить такой эффект, к одному нз концов цепи необходимо приложить крутящий момент. Так, если взять слегка скрученное свободно провисающее резиновое кольцо и закрутить его сильнее (как это делают при подготовке к полету аэромоделей), произойдет положительная суперспирализация. Аналогичная ситуация — образование положительных (или отрицательных) суперспиралей (третичная спирализация) — может иметь место и в ДНК. Суперспирали часто встречаются в кольцевых молекулах ДНК. При закручивании нормального двуспирального комплекса (дуплекса) общее число оборотов а (the winding number) одной нити относительно другой равно числу витков во вторичной структуре р, которое соответствует ненапряженному спиральному дуплексу (т. е. структуре Уотсона — Крика), плюс число супервитков t [c.139]

Форма агрегации этих глобул вовлекает ДНК в спирализацию третьего порядка. Как электронные микрофотографии 44], так и данные нейтронной дифракции [45] показывают наличие в структуре хроматинового волокна повторяющихся блоков размером в 11 нм. Модель, предложенг1ая для расположения этих сверхспиралей, имеет конфигурацию соленоида с диаметром 31 нм, где один оборот включает 6 нуклеосом (37). Структура соленоида закрепляется пятым гистоновым белком —Н1, содержание которого составляет примерно одну молекулу на глобулу. Образование витка соленоида дает дополнительный фактор упаковки 6. [c.52]

Оказалось, что а- и р-цепи, образующие макромолекулу гемоглобина, имеют много общего в третичной структуре, в частности, почти идентичную степень спирализации. Этот белок достаточно консервативен, так как его третичная и четвертичная структуры у различных видов позвоночных животных приблизительно одинаковы. Гемоглобин и миоглобин представляют единое семейство белков, образованное, возможно, путем дубликации одного предкового гена, что и предопределяет высокую их гомологию и сходные функции. [c.44]

Третичная структура. Так назьгааемые боковые радикалы (К) аминокислот в полипептидной цепи способны к дополнительным внутримолекулярньпи взаимодействиям, которые препятствуют а-спирализации и образованию /3-структур, в результате чего белки приобретают глобулярную форму (отношение длины к ширине молекулы меньше 10) У фибриллярных белков такое соотношение больше 10 Если кератин, коллаген, синтетические полипептиды относятся к фибриллярным, то ферменты являются глобулярными белками Третичная структура белков образуется за счет водородных связей -ОН, -МНг, -СОО групп боковых радикалов, ионных связей между -КН4 и -СОО группами, 884 [c.884]

Гель-хроматографию особенно целесообразно применять в тех случаях, когда необходимо очень быстро отделить высокомолекулярные компоненты от низкомолекулярных. На специально подготовленной колонке (3X6 сл) с сефадексом 0-25 (грубым) Эрлан-деру [25] удалось всего за 2 мин полностью отделить рибонуклеазу от воды, содержащей тритий. Этот быстрый аналитический метод позволяет изучить кинетику обмена трития и на этом основании сделать выводы о степени спирализации растворенного белка. Несколько позднее аналогичная методика была успешно использована при исследовании вторичной структуры растворимых рибонуклеиновых кислот [26] и дезоксирибонуклеиновых кислот [27]. Конечно, нуклеиновые кислоты также могут быть модифицированы химическим путем, например действием диазотированной сульфаниловой кислоты [28]. Избыток реагента и побочные продукты реакции удаляют на сефадексе 0-50. [c.146]

Наконец, на указанные процессы могут накладываться явления самоупорядочения макромолекул в концентрированной по полимеру фазе С. Такое самоупоря-дочение — переход в мезофазу (жидкокристаллич. состояние) — типично для жестких стержневидных частиц, возникающих при спирализации макромолекул белков (см. Структура). [c.282]

Спираль первого порядка толщиной 100—150 А образуется с участием аргининовых гистонов. Высшие уровни спирализа-ции возникают под влиянием лизиновых и других гистонов н негистоновых белков. На этих уровнях спирализации вплетаются рибонуклеопротеиды и липиды. [c.17]

Молекулы ферментов, как и все белковые молекулы, построены из остатков а-аминокислот, соединенных пептидными связями. Линейную последовательность остатков в полипептидной цепи называют первичной структурой белка. Под вторичной структурой понимают характер спирализации или свертывания полипептидной цепи эта структура стабилизируется водородными связями между карбонильной и амидной группами пептидных связей. В результате дальнейшего скручивания молекулы, уже имеющей определенную вторичную структуру, возникает третичная структура, которая стабилизируется за счет различных взаимодействий между боковыми группами аминокислот. Наконец, под четвертичной структурой понимают крупные белковые агрегаты, состоящие из нескольких полипептидных цепей различного типа. Помимо полипептидной цепи, на которую приходится основная масса молекулы, белок может содержать также и другие ковалентно связанные с полипептидной цепью химические группировки, называемые простетиче-скими группами. [c.19]

Доказательства существования водородных связей в белках могут быть получены при изучении скорости изотопного обмена имидного водорода с водой, содержащей дейтерий или тритий. Этот прием был использован в лабораториях Линдерштрём-Ланга и Бреслера. Известно, что в низкомолекулярных пептидах этот атом водорода обменивается с водой крайне быстро. В высокомолекулярных полипептидах с большим числом водородных связей обмен имидного водорода сильно замедлен. Например, у по-лиаланина с 28 пептидными связями только 5—6 имидных водо-родов обмениваются быстро. Это говорит о том, что почти все пептидные группы соединены водородными связями, а сама цепь свернута в упорядоченную спираль. У инсулина из 49 имидных водородов 30 обмениваются медленно, т. е. степень спирализации составляет примерно 60%. Другим подтверждением существования водородных связей в белках является их деструкция и денатурация под влиянием агентов, обладающих значительной способностью к образованию водородных связей с амидной группой (концентрированные растворы мочевины, гуанидина, трифтор-уксусная и муравьиная кислоты и др.). [c.91]

Значит ли эт о, что таким критерием, как оптическая активность, можно уверенно пользоваться не только для суждения о наличии спиральных участков в белковой молекуле, но и для оценки степени спирализации К сожалению, нет. Точное доказательство наличия а-спирали может быть получено лишь на основании рентгеноструктурного анализа, тогда как большой положительный вклад в оптическую активность можно с уверенностью приписать лишь наличию в полипептиде или глобулярном белке какой-то упорядоченной структуры. Так, при помещении полипептида поли-О-ацетилсерина из хлороформа в дихлоруксусную кислоту также происходит переход к более отрицательным величинам [а]в. Однако методом инфракрасной спектрофотометрии было показано, что этот полипептид дает только р-структуры. Следовательно, упорядоченной структу- [c.104]

Интересная особенность мультиспиральных структур — их способность в благоприятных условиях образовывать спиральные же агрегаты высших порядков. В особенности это относится к волокнообразующим белкам типа коллагена, кератина или фиброина шелка. Тенденция к спирализации у последнего выражена настолько сильно, что он образует подобие макроскопического волокна уже в разбавленном растворе, если по поверхности этого раствора провести стеклянной палочкой. След палочки выпадает в виде набухшей нити. Однако эти вопросы уже выходят за рамки настоящей книги. [c.90]

Если исходить из нашей концепции, можно допустить иной механизм хромосомных поломок, в котором известная роль отводится денатурационным повреждениям в структуре ДНК-Именно эти физико-химические повреждения могут значительно расширить масштаб радиационных повреждений и в таких НМС—ДНК как хромосомы, где множество молекул ДНК объединено единой функциональной связью, вызвать нарушение не только метаболических процессов, но и последующих процессов, связанных с подготовкой интерфазной хромосомы к митозу, ее комплексообразование с белком и спирализацию. Неспирализо-ванные поврежденные участки хромосомы могут быть местами [c.69]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология