Третичная структура макромолекул

В соответствии с терминологией, предложенной Линдер-стрём-Лангом [ ], можно сказать, что молекулы обычных полимеров в растворе не обладают вторичной структурой, тогда как молекулы биологически активных полимеров и их синтетических аналогов могут ее иметь. При этом первичной структурой макромолекулы называется число и расположение химических связей в молекуле, а вторичной — регулярная пространственная спиральная структура с определенной периодичностью, стабилизуемая водородными связями. Исследованию вторичных структур биологически активных макромолекул посвящено громадное количество работ, в которых были определены параметры спиральных конформаций для большого числа синтетических полипептидов и полинуклеотидов, а также для природных нуклеиновых кислот и белков. В последнем случае, наряду с вторичной структурой, большую роль играет также третичная структура молекул, т. е. взаимное расположение спиральных и неспиральных участков, обусловленное взаимодействием боковых групп цепи, в частности, связями 5—8. Наиболее известные примеры вторичных сгруктур представляют собой а-спираль Полинга — Кори [2> ] для полипептидов и двойная спираль Крика — Уотсона [ ] для дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Эти структуры [c.291]

Нельзя не упомянуть об открытии рибозимов, т.е. молекул РНК, выступающих в качестве катализатора. Пожалуй, это единственные из известных макромолекул, которые наделены как информационной, так и каталитической функцией. Открытие каталитических РНК поколебало само понятие фермент . Оказалось, что некоторые РНК осуществляют посттранскрипционный процессинг, катализируя самосплайсинг, т.е. участвуют в разрезании и удалении интронов. Наделенные рядом свойств истинных и эффективных катализаторов рибозимы участвуют в двух типах реакций в гидролизе (разрыве) фосфодиэфириой связи и в реакциях трансэтерификации. В качестве субстрата могут служить, помимо собственного, предшественник (про-РНК) и другие молекулы РНК. Сейчас интенсивно изучается третичная структура рибозимов, а первичная и вторичная структуры ряда из них уже расшифрованы. Эти исследования, несомненно, интересные сами по себе, могут пролить свет и на пути развития биологической эволюции. [c.493]

Характер взаимодействия белков с ионами тяжелых металлов сложен и многогранен. Это прежде всего образование комплексных соединений, нерастворимых в воде, но растворяющихся в избытке соли (кроме Л КОз и Н С12) соли тяжелых металлов, адсорбируясь на белковых мицеллах, изменяют их электрический заряд (вплот1> до полной нейтрализации). Денатурация белкой солями тяжелых металлов вызывается глубокими нарушениями вторичной и третичной структур макромолекул белка, изменением положения пептидных цепей, которое обусловливается в основном разрывом связей между ними ( лавным образом днсульфидшлх). Дисульфидным связям принадлежит видная роль в поддержании вторичной и третичной структур белка. Разрыв их влечет за со- [c.24]

Таким образом, эффекты фиксации третичной структуры макромолекул белка обусловливаются теми же факторами, которые определяют вторичную структуру полипептидной цепи. [c.349]

Хорошо известно, что третичная структура макромолекул белка может сохраняться неизменной в относительно широких областях температуры, pH раствора, состава растворителя и при других условиях, оказывающих сильное влияние на конформацию простой полипептидной цепи В случае белка факторы, обусловливающие [c.292]

Рис. 42, Схематичное изображение третичной структуры макромолекулы белка

Введение бензола в водные растворы желатины приводит к изменению третичной структуры белка, а именно бензол, взаимодействуя с гидрофобными областями желатины, делает молекулу более компактной (рис. 24), менее асимметричной и тем самым уменьшает число возможных межмолекулярных водородных и гидрофобных связей [213, 214]. Взаимодействие бензола с макромолекулами желатины уменьшает прочность геля, тогда как прочность эмульсий, приготовленных на этих же растворах желатины, увеличивается за счет прочных межфазных адсорбционных слоев желатины. Дальнейшее увеличение количества эмульгированного бензола снова понижает прочность всей системы, по-видимому, добавленный бензол действует как смазка, распределяясь по внешним оболочкам межфазных слоев. [c.98]

Изучая защитное влияние различных примесей — низкомолекулярных соединений от лучевой инактивации ферментов в вод-иых растворах, Л. X. Эйдус (1972) выдвинул адсорбционную гипотезу противолучевой защиты, согласно которой введенный в исследуемую систему радиопротектор способен осуществлять радиозащитный эффект в результате адсорбции на макромолекуле, препятствуя ее конформационным перестройкам на втором этапе инактивации. Адсорбция происходит в результате слабых, легко диссоциирующих нековалентных связей. Из-за динамического характера адсорбции в каждый момент времени на макромолекуле адсорбируется (в зависимости от концентрационных соотнощений) множество непрерывно заменяемых молекул органических примесей, скрепляющих третичную структуру макромолекулы до такого состояния, что она обратимо теряет способность к конформацион-лым изменениям. При этом длительность жизни скрытых повреждений макромолекул возрастает. [c.258]

Практически неограниченная возможность синтеза и модификации полимерных молекул позволяет сочетать в пределах одной макромолекулы различные функциональные группы, необходимые для создания как сорбционного, так и каталитического участков активного центра,. Такую задачу, однако, можно решить лишь в том случае, если удастся синтезировать полимер с определенной третичной структурой, одинаковой для всех макромолекул и стабильной во времени. Вопрос о принципиальной возможности построения таких систем рассмотрен В. А. Кабановым [62]. [c.104]

Третичная структура характеризует пространственное расположение цилиндрических а-спиралей нли других образований вторичной структуры. Спирали могут свиваться в клубок, образовывать глобулы или располагаться рядом, образуя нитевидные структуры — фибриллы. В образовании третичных структур большое значение имеют дисульфидные мостики 5—5 между различными частями макромолекул. [c.630]

Спирализация приводит к возникновению так называемой вторичной структуры ДНК при изгибании спирали появляется третичная структура и т. д Возникновение изогнутой спирали, доказанное методом двойного лучепреломления при течении, обусловлено, по-видимому, наличием в спирали неупорядоченных гибких участков, где действие водородных связей почему-либо ослаблено. Однако двойная спираль там, где она сохранилась, является достаточно жестким образованием и, следовательно, обладает небольшим числом степеней свободы. Поэтому она стремится разделиться на одиночные цепи (длина сегмента примерно в 50 раз больше, чем у гибких полимерных цепей), способные принять более вероятное состояние свернутого кл>бка такой переход спираль — клубок сопровождается возрастанием энтропии системы, являющимся движуще-й силой этого процесса, и действительно имеет место при плавлении кристаллов ДНК (около 80°С) . Аналогичный процесс разрушения водородных мостиков и биспиральной структуры, но без обязательного свертывания цепей в клубок наблюдается во время подкисления или подщелачивания растворов ДНК. При этом на каждой макромолекуле возникают одноименные заряды (в результате присоединения протонов к аминогруппам или усиления диссоциации остатков фосфорной кислоты), вызывающие взаимное отталкивание цепей. [c.336]

Термин четвертичная структура относится к макромолекулам, в состав к-рьк входит неск. полипептидных цепей (субъединиц), не связанных между собой ковалентно. Такая структура отражает способ объединения и расположения этих субъединиц в пространстве. Между собой отдельные субъединицы соединяются водородными, ионными, гидрофобными и др. связями. Изменение pH н ионной силы р-ра, повышение т-ры или обработка детергентами обычно приводят к диссоциации макромолекулы на субъединицы. Этот процесс обратим при устранении факторов, вызывающих диссоциацию, может происходить самопроизвольная реконструкция исходной четвертичной структуры. Явление носит общий характер по принципу самосборки функционируют многие биол. структуры. Способность к самосборке свойственна и отдельным фрагментам Б.-до-меиам. Более глубокие изменения конформации Б. с нарушением третичной структуры наз. денатурацией. [c.250]

Ввиду непрерывности третичной структуры даже локальные конформационные изменения на одном участке белковой М., передаваясь и распространяясь по М., могут вызвать локальные же конформационные превращения, затрагивающие центр ферментативной активности. Т. обр., механическое воздействие может включать или выключать каталитич. центр М. Но этот центр, в свою очередь, будучи включенным, может менять электрохимич. свойства среды (за счет продуктов реакции напомним, что все макромолекулы биополимеров — полиэлектролиты). Можно представить себе ситуацию, когда продукты реакции таким образом меняют pH, что активная макромолекула деформируется и утрачивает тем самым активность здесь даже не требуется внешнее поле. После удаления продуктов реакции М. возвращается в исходное состояние, центр снова включается, и начинается новый цикл. [c.64]

Из амилолитических ферментов, например, а-амилаза активируется ионами кальция, который способствует сохранению нужной конформации и повышению стабильности третичной структуры макромолекул фермента к денатурации и действию иептидгндролаз. На плесневые а-амилазы стабилизирующее действие оказывают ионы алюминия. Все а-амилазы инактивируются ионами металлов ртути, меди, серебра и ионами галоидов — хлора, брома, фтора и йода. [c.121]

Тейпохимич. принцип м. б. распространен на любую форму хпмич. активности М., включая и каталитическую. Действительно, в образовании третичной структуры макромолекул биополимеров участвуют силы различной природы, весьма чувствительные к изменениям внешней среды. В частности, электрохимич. характеристики этой среды могут стабилизировать или дестабилизировать третичную структуру белков но полной аналогии с тем, как опп могут вызывать разворачивание или сворачивание молекул полиэлек-тролитов. [c.66]

Из имеющейся информации о природных белках очевидно, что структурными формами (а- и р-структурами), описанными в предыдущих разделах, нельзя охарактеризовать все аспекты их молекулярной организации. Спиральные участки для большинства белков являются лишь частью их макромолекулы и в большинстве случаев могут объяснить только малую долю ее конформации. Вместе с тем макромолекулы белка имеют ясно выраженную пространственную конфигурацию, которая не менее строго определена, чем конфигурация высоко спиральных систем. Этот уровень организации белковой молекулы, включающий в себя вторичную структуру полипептидных цепей, как мы уже упоминали, в настоящее время принято называть третичной структурой. Для пояснения напомним, что молекулы глобулярных белков представляют собой сверхклубки , состоящие из спиральных и аморфных сегментов. Последние наделяют полипептидные цепи достаточной гибкостью и позволяют им свернуться в компактную глобулу, которая стабилизируется различного рода связями. Вот эта пространственная упаковка чередующихся спиральных и аморфных участков первичной цепи в компактное и симметричное тело и составляет третичную структуру макромолекулы белка. [c.115]

Белкп сильно отличаются друг от друга как раз по своей третичной структуре. Первичная и вторичная структура у них, как показывает исследование, в главных чертах идентична. По третичной структуре макромолекул было принято различать белки фибрнлярпые, или волокнистые, и белкп глобулярные. Различие это во многом условное, и между обоими классами белков существует непрерывная гамма переходов. Некоторые нерастворимые в воде белки, выполняющие функции покровных веществ, дей- [c.34]

Как правило, макромолекула синтетического полимера в растворе не имеет определенной третичной структуры, а находится скорее в виде статистического клубка. Лишь для некоторых полимеров, характеризующихся взаимодействием между отдельными звеньями полимерной цепи, можно предполагать образование более компактных частиц, как, например, в алкилированном поливиннлпиридине [c.104]

Итак, создание синтетическим путем макромолекулы с уникальной устойчивой третичной структурой в принципе возможно. Трудно, однако, сказать, какова вероятность отбора при синтезе именно каталитически активной конформации. Тем не менее (даже без закрепленной третичной структуры) полимерные модели привлекают к себе столь широкое внимание, что число работ, посвященных этим системам, исчисляется сотнями. Однако обнаруживаемое увеличение реакционной способности функциональных групп, присоединенных к полимерной цепи, в большинстве изученных систем обусловлено лишь тривиальными эффектами среды (приводящими, например, к кажущемуся сдвигу р/(а) или же локальным концентрированием субстрата на полимере [62]. Те же эффекты играют основную роль и в мицелляр-ном катализе (см. 6 этой главы). Это не удивительно, поскольку мак-ромолекулярные частицы полимерного мыла (типа ХЬУ ) по таким свойствам, как характер взаимодействия гидрофобных и гидрофильных фрагментов друг с другом и с другими компонентами раствора, подвижность отдельных звеньев, диэлектрическая проницаемость и др., близки к мицеллам поверхностно-активных веществ [64]. Рассмотрим некоторые примеры. [c.105]

ЯМР уже давно вьннел на первое место среди методов структурных исследований. Сегодня двух- и трехмерная ЯМР-Фурье-спектроскопия позволяет по спектрам OSY (корреляционная спектроскопия) и NOESY (спектроскопия ядерного эффекта Оверхаузера) определить взаимодействия атомов внутри молекулы, установить первичную и вторичную, а иногда даже третичную структуру сложнейших биомолекул полимера. Метод ЯМР высокого разрешения достаточно надежен при анализе конфигурационных последовательностей звеньев в макромолекулах полимеров. [c.267]

Обычно макромолекулы белков имеют сложную вторичную и третичную структуру. Поэтому при рассмотрении электрохимических свойств белков многими исследователями в первую очередь ставился вопрос о состоянии макромолекул на электроде и о последствиях тех реакций, которым доступны реакционноспособные группировки в таких макромолекулах на поверхности электрода. Этим вопросам посвящены многочисленные работы Г. Берга, И. Иванова, С. Г. Майрановского, Б. А. Кузнецова, М. Р. Тарасевича, X. Нюрнберга, Е. Палечека и др. [c.235]

Здесь и далее мы испо.пьзуем термин первичная, вторичная, третичная и четвертичная структуры нуклеиновых кислот в следующем смысле. Первичная структура — последовательность пуклеозндпых звеньев, соединенных фосфо-диэфирной связью в непрерывную и неразветвленную полинуклеотидную цепь. Вторичная структура — в случае одноцепочечных, главным образом монотонных полинуклеотидов, — пространственное расположение нуклеозидных звеньев, обусловленное межплоскостным взаимодействием оснований. В случае двух комплементарных цепей вторичная структура представляет собой жесткую двойную спираль, стабилизованную как ме.жплоскостным взаимодействием соседних оснований в пределах одной цепи, так и водородными связями между противолежащими основаниями в параллельных цепях. Третичная структура образуется в результате реализации наряду с двухспиральными иных типов фиксированной укладки полинуклеотидных цепей. Четвертичная структура — пространственное расположение взаимодействующих макромолекул (обычно полинуклеотидов и полипептидов) в нуклеопротеидах — рибосомах, вирусах и т. д. [c.16]

В отличие от монотонной полиампнокислоты, белок содержит разнообразные остатки, в том числе и Про, которые не могут образовать водородных связв . Вторичные структуры — а-спирали и р-формы — представлены в белке лишь частично, они перемежаются неупорядочепнымп участками, в которых белковая цепь обладает значительной гибкостью. В результате белковая макромолекула сворачивается н глобулу, приобретая определенную пространст венную, третичную, структуру. Именно эта структура биологически фупкциональиа. (О фибриллярных белках мы будем говорить в 4.9.) [c.104]

Если молекулы или макромолекулы содержат заряженные группировки, то диполи воды образуют вокруг них гидратные оболочки. Такая вода называется связанной. Слой воды вокруг белка может достигать 1,5—2,0 нм, что существенно влияет на строение и свойства последнего. Таким образом, вода в организме присутствует в свободной и связанной формах. Большой интерес представляет структура воды при переходе в твердое состояние. В кристалле льда молекулы воды образуют гексагональную структуру. Предполагается, что именно льдообразная вода (рис, 1.2) поддерживает третичную структуру ряда макромолекул. Часть связанной воды локализована внутри надмолекулярных структур и также участвует в стабилизации конформации макромолекул. [c.10]

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]

Рассмотрим сначала наиболее простой случай развития межфазной прочности водных растворов глобулярных белков на границе с воздухом. Известно, что в водных растворах молекулы яичного альбумина, сывороточного альбумина и казеина находятся в виде глобул и большинство неполярных групп создают гидрофобные области внутри глобулы. При адсорбции белка на поверхности в результате избытка свободной энергии на границе раздела фаз происходят конформационные изменения адсорбированных молекул, так как нарушается равновесие сил, стабилизи-руюш их глобулу. Ранее на возможность развертывания глобул белков на границе раздела фаз указывалось в работах Александера [42, 43, 126], Пче.чипа [151], Деборина [152]. Развертывание макромолекул на границе раздела фаз сопровождается глубокими изменениями в третичной структуре, вследствие чего большинство гидрофобных групп ориентировано к воздуху. Агрегация денатурированных макромолекул и обусловливает нарастание прочности межфазного адсорбционного слоя. Возникаюш,ий при агрегации макромолекул тип структуры, образованный множеством межмолекулярных гидрофобных связей, напоминает -структуру параллельного типа. Фришем, Симхой и Эйрихом [153—155] для разбавленных растворов полимеров была разработана модель структуры адсорбционного слоя, по которой гидрофобные участки макромолекул обращены в газовую фазу, тогда как остальная часть адсорбированной макромолекулы образует как бы свободные петли и складки. Эта модель также не исключает возможности образования межмолекулярных связей, приводящих к возникновению межфазных прочных структур. [c.214]

При исследовании расплавов или растворов полимеров обычно имеют дело с макромолекулами разнообразных форм атомы, составляющие основную цепь полимера, могут принимать любую конформацию из большого числа конформаций, которые допускаются ковалентными связями и валентными углами их первичной структуры. Поэтому вторичная структура таких полимеров характеризуется динамической последовательностью быстрых изменений внутренних степеней свободы полимера при действии на полимер сдвиговых напряжений и теплового движения. Такая вторичная структура называется конформацией статистического клубка. Для молекул почти всех синтетических полимеров характерна конформация статистического клубка в растворе и расплаве. Известны, однако, определенные биологические макромолекулы, которые следует отнести к противоположному краю конформационного спектра. В белках и ферментах сочетание ковалентных и нековалентных сил приводит к вторичной и третичной структурам (трехмерная пространственная упорядоченность вторичной структуры), которые являются энергетически выгодными даже в растворе. Эти сложные, строго заданные трехмерные конформации обусловливают высоко-специфичесние биологические функции белков и ферментов. [c.182]

Выше было показано, что реакции между макромолекулами сопровождаются существенным изменением их конформации. В реакциях, приводящих к разделению фаз, возникновение компактных конформаций наблюдается уже при малых степенях превращения, как об этом свидетельствуют данные электронной микроскопии. Конформация растворимых поликомплексов изменяется также при увеличении степени превращения [40]. Очевидно, что конформация макромолекул в микрореакторе должна в существенной степени определять реакционную способность макромолекул и, в частности, локальную концентрацию реакционных групп,, которая контролирует равновесие межмакромолекулярных реакций. Очевидно также, что конформация макромолекул в поликомплексе в значительной степени определяет и свойства конечных продуктов реакций, являющихся, по-существу, новыми полимерными веществами. В данном случае речь идет о некоторой третичной структуре поликомплекса. Не менее интересным представляется вопрос о влиянии реакции между макромолекулами на вторичную структуру образующих комплекс полимерных цепей. Исследования такого рода проведены на примере реакций между ионогенными полипептидами и синтетическими полиэлектролитами. [c.247]

Основные научные работы посвящены изучению структуры и механизма действия макромолекул биополимеров. Разработал (1939, совместно с физиком Я. И. Френкелем) статистическую теорию цепных молекул с ограниченной гибкостью. Одним из первых предложил изучать механизмы полимеризации и поликонденсации путем анализа молекулярно-массовых распределений. С помощью ЭПР-спектрометра с повышенной в 100 раз концентрационной чувствительностью, построенного на основе предложенного им нового метода регистрации ЭПР-сигнала, измерил такие фундаментальные величины, как абсолютная скорость роста и обрыва цепи при полимеризации. Совместно с Д. Л. Талмудом создал (1945) теорию глобулярного строения белка ее принципы лежат в основе современных представлений о третичной структуре белков. С 1960 занимается изучением структуры и функций нуклеи- [c.79]

Исходя из данных по изучению вторичной и третичной структуры белков оптическими и гидродинамическими методами [47], естественно полагать, что состояния спин-меченого фрагмента полипептидной цепи после обработки белка иючевиной и диоксаном отличаются отсутствием или наличием а-спиральной структуры. Наличие вторичной структуры существенно увеличивает жесткость спин-мечеиого участка цепи макромолекулы, а потому подвижность парамагнитной метки в присутствии мочевины значительно больше, чем в присутствии диоксана. [c.169]

Трехмерная структура белка высокоспецифична. Иными словами, иоли-нептидная цепь или цепи не просто свертываются с образованием структуры, близкой к сферической свертывание проходит ряд строго фиксированных этапов, в результате чего возникает уникальная или почти уникальная конфигурация. Этот вывод непосредственно следует из того факта, что биологическая активность белков, в частности ферментативная активность, крайне чувствительна к любым измененияйг в третичной структуре белка (см. ниже). Ввиду большой сложности и высокой специфичности третичной структуры, естественно, очень важно, во-первых, изучить тонкие дета.ли этой структуры и, во-вторых, попытаться понять природу сил, ответственных за ее поддержание. Данные по вязкости, коэффициенту трения и светорассеянию дают информацию относительно общей топографии макромолекул. Более точные сведения, касающиеся деталей третичной структуры белков, удается получить с помощью рентгеноструктурного анализа. [c.103]

Взаимное расположение ионогенных групп в макромолекулах белков существенным образом влияет на конформацию пептидных цепей и морфологию. Наиболее выгодным состоянием с минимумом свободной энергии должны обладать такие структуры амфотерных макромолекул-цвиттерионов, в которых были бы сближены (в изоточке) противоположно заряженные функциональные группы. Подобному расположению групп и, следовательно, полипептидных цепей мешают ограниченная гибкость цепей, близость ионогенных функциональных групп в первичной структуре и наличие внутримолекулярных водородных, вандерваальсовых и ковалентных связей. Можно было бы думать, что нарушение вторичной или третичной структуры вызовет увеличение локальной цвит-терионности — сближение противоположно заряженных групп в макромолекуле белка. Это действительно имеет место при плавлении а-спирали, в процессе нагревания В-цепи инсулина или [c.196]