Полинга статистический

В основе всех поисков предсказательных алгоритмов лежит конформационная концепция Полинга, согласно которой трехмерная структура белка представляет собой ансамбль регулярных вторичных структур. Позднее, развивая идею Полинга и Кори о взаимодействии вторичных структур, в конформационный ансамбль были включены супервторичные структуры. Единство всех исследований по отношению к этой концепции неизбежно, поскольку в противном случае очевидна бесперспективность поиска эмпирических корреляций и предсказательных алгоритмов, базирующихся на статистической обработке известных кристаллографических данных. Если основу пространственного строения сложных белковых макромолекул образуют не только отдельные немногочисленные стандартные блоки, но и практически неограниченное количество разнообразных нерегулярных структурных сегментов, то, очевидно, нельзя рассчитывать на его описание с помощью простых правил, выведенных путем статистической обработки всегда ограниченного экспериментального материала. Результаты рентгеноструктурного анализа свидетельствуют о том, что общее содержание вторичных форм полипептидной цепи в белках сравнительно невелико, во всяком случае его доверительное значение не превышает 50%. Реализующиеся в нативных конформациях белковых молекул а-спирали и р-структуры в действительности не являются, более того, у гетерогенных аминокислотных последовательностей никогда не могут являться, строго регулярными (отклонения соответствующих двугранных углов (ф, (/) от их значений в гомогенной цепи составляют, как правило, десятки градусов, а иногда достигают 100-120°). Анализ также показал, что все стандартные аминокислотные остатки (за исключением Pro) имеют практически одинаковые возможности для встраивания в а-спираль, р-структуру и неупорядоченные участки. Выбор определяется не индивидуальными свойствами остатков, а их комбинацией в последовательности. [c.78]

Важной особенностью РФР воды, которую должна объяснять любая теория, является высокий (сравнительно со льдом) уровень интенсивности спектра между первым и вторым максимумами, что указывает на большое число возможных 0-0- расстояний между соседними молекулами в области 2,7 - 4,5 X, Попытки приписать эти особенности РФР статистическому "размягчению" или "сглаживанию" структуры льда [4,49] не позволили объяснить повышенную интенсивность между первыми двумя основными максимумами. Предложенная Полингом [50] клатратная структура воды с 0-0-расстояниями, растянутыми до 2,88 X, т.е. до положения первого максимума, также не смогла объяснить высокий уровень интенсивности между основными максимумами. Были отвергнуты и структуры типа а -кварца и кубического льда [48]. [c.243]

Константа спин-спинового взаимодействия вицинальных протонов получается усреднением констант взаимодействия по всем конформациям молекулы с учетом их статистических весов. Средняя константа взаимодействия (У р) вицинальных взаимодействий в молекулах, способных к свободному вращению, связана с суммой (по Полингу) электроотрицательностей (Е) шести групп, соединенных с С—С связью, следующим образом [c.141]

Для того, чтобы яснее представить себе место квантовой химии в рамках современной теоретической химии, целесообразно привести еще одно высказывание. В 1967 г. вышел сборник Структурная химия и молекулярная биология , посвяш,енный Полингу его студентами, коллегами и друзьями. В нем помещена статья Уилсона, который еще в 1935 г. написал совместно с Полингом монографию по приложению квантовой механики к химии [128]. Уилсон в течение более 30 лет мог следить за развитием квантовой химии И компетентен оценить ее современный статус. Химия, — пишет Уилсон, —все еще в очень большой степени экспериментальная наука с громадным собранием фактов, по крайней мере достигающим десятков миллионов. Относительно не очень обоснованная теория способна связывать вместе, объяснять и предсказывать, не утопая в этой подавляющей массе данных. Действительно имеется ряд очень элегантных теорий, надежность и полезность которых не оставляет и тени сомнения. В первую очередь я хотел бы включить в их число атомную теорию, идею о тетраэдрическом строении атома углерода И связанные с ней принципы структурной органической химии, термодинамику, статистическую механику и, в меньшей степени, квантовую механику... Каждая из них имеет свои правила, которые получили широкое признание. Эти правила позволяют делать предсказания фактов, которые не были известны в свое время, но которые можно было проверить позднее. Эти предсказания носили недвусмысленный характер и проверка показала их правильность. В конечном итоге научно подготовленные умы прониклись уверенностью в надежности делаемых предсказаний. Теория, в которую никогда не верили, не очень полезна... Термодинамика, может быть, самая элегантная и доставляющая эстетическое удовлетворение из этих теорий, иногда служит моделью, которой стремятся подражать и в других областях... Квантовая механика еще никогда не [c.99]

Подобные заявления и полученные результаты вызвали широкую дискуссию. Многие ученые подвергают сомнению статистические данные и выводы Полинга. Недавно эти опыты были повторены на 21 добровольце из числа заключенных. Их подвергли исследованию по методу двойного слепого контроля. Одиннадцать человек получали ежедневно по 3 г витамина С, в то время как остальным десяти давали такую же дозу плацебо. Спустя 14 дней всех испытуемых подвергли действию риновируса 44 — возбудителя гриппа. В течение следующей недели режим в обеих группах был сохранен, т. е. одна получала витамин С, другая — плацебо. Через один или два дня после введения вируса все испытуемые заболели гриппом. Симптомы заболевания были одинаковыми как в той, так и в другой группе. [c.187]

Новое издание широко известного учебника по общей химии дважды лауреата Нобелевской премии, иностранного члена АН СССР Л. Полинга существенно отличается от предыдущего ( Мир , 1964). На этой книге сильно сказалось намечающееся в последнее время повсеместное проникновение физической химии в курсы общей химии. Автор ясно и логично излагает развитие теории атомного и молекулярного строения, квантовой механики, статистической механики и термодинамики применительно к химии. Описательная химия дана несколько более сокращенно. [c.4]

После второй мировой войны благодаря появлению биохимических и цитологических методов произошло быстрое возрождение генетики человека. Генетика человека, которой в основном занимались ученые, использующие статистические методы, влилась в основной поток медицинских исследований. Полинг показал, что серповидноклеточная анемия-молекулярная болезнь [1260], и его открытие послужило толчком к развитию подобных исследований. Наличие аномальных гемоглобинов предоставило возможность для детального изучения последствий мутаций. Генетический код был выявлен у столь далеко отстоящих друг от друга организмов, как вирусы и человек. Было обнаружено, что мутации могут приводить к аминокислотным заменам, сдвигать рамку считывания или вызывать обрыв аминокислотной цепи в результате делеции. При помощи методов биохимии и молекулярной генетики удалось определить нуклеотидную последовательность глобинового гена. Было показано, что причины многих врожденных нарушений метаболизма-различные дефекты ферментов, возникающие вследствие мутаций, изменяющих их структуру. Мет-гемоглобинемия, возникающая вследствие недостатка диафоразы, и болезни накопления гликогена относятся к числу первых обнаруженных болезней, вызываемых дефектами ферментов (разд. 4.1). [c.31]

Эмпирическое направление, рассмотрение которого было начато во втором томе настоящего издания, базируется на данных статистического анализа известных кристаллических структур белков, равновесной термодинамики, формальной кинетики и концепциях Полинга-Кори и Козмана, т.е. исходит из предположения об исключительной роли в сборке гетерогенной аминокислотной последовательности регулярных вторичных структур и представления о гидрофобных взаимодействиях как главной упаковочной силе. Считается, что по сравнению с множеством мыслимых нерегулярных локальных структур вторичные структуры являются самыми стабильными их возникновение, инициирующее процесс и обусловливающее дальнейшее его развитие, осуществляется с наибольшей скоростью. Благодаря гидрофобным взаимодействиям вторичные структуры образуют супервторичные, т.е. полярные остатки стремятся расположиться на внешней оболочке глобулы, а неполярные - в ее интерьере. Идеальная модель трехмерной структуры белка, согласно эмпирическому подходу, должна представлять собой ансамбль вторичных и супервто-ричных структур и иметь гидрофобное ядро, экранированное от водной среды гидрофильной оболочкой. Процесс создания такой модели из статистического клубка должен быть равновесным фазовым переходом первого рода, подчиняющимся классической термодинамике, статистической физике и формальной кинетике так же, как им подчиняются процессы кристаллизации малых молекул и образования линейных спиральных сегментов гомополипептидов. [c.6]

Во втором томе настоящего издания [132] были обсуждены возмож-йости и перспективы статистического подхода и эмпирических алгоритмов Йредсказания, с помощью которых пытаются решить проблему свертывания белка на основе данных рентгеноструктурного анализа о пространственном строении белков, а-спиральной гипотезы Полинга и Кори, Дрофобной концепции Козмана и стереохимических ограничений. В этой Ьтаве рассматриваются преследующие ту же цель теоретические методы >асчета оптимальных конформаций пептидов и белков, предложенные в онце 1980-х и первой половине 1990-х годов. В настоящее время, поводимому, можно считать общепринятым представление о нативной конформации белка как о термодинамически равновесном состоянии РЗЗ-136]. Впервые оно было постулировано Р. Ламри и Г. Эйрингом в 1954 г. [137], однако больше известно как термодинамическая гипотеза [c.239]

Супервторичные структуры. Впервые супервторичные структуры белков бьши постулированы и затем обнаружены Л. Полингом и Р. Кори. В качестве примера можно привести суперспирализованную а-спираль, в которой две а-спирали скручены в левую суперспираль (рис. 3.6). Однако чаще суперспи-ральные структуры включают в себя как а-спирали, так и р-складчатые листы. Их состав может быть представлен следующим образом (аа), (аР), (Ра) и (РХР). Последний вариант представляет собой два параллельных складчатых листа, между которыми находится статистический клубок (рСр), а-спираль (РаР) или р-структура (РРР). [c.33]

Термин вторичная структура характеризует основные факторы, определяющие структуру отдельных пептидных цепей. В пептидной цепи возможно свободное вращение вокруг связей а-углеродного атома. Вследствие этого синтетическая поли-Ь-глутаминовая кислота в нейтральных и щелочных растворах находится в виде статистического (беспорядочно свернутого) клубка. Однако при подкис-леппи среды полиглутаминовая кислота принимает компактную спиральную конфигурацию, в которой карбоксильные и аминные группы удерживаются вместе посредством водородных связей. Эту специфическую конфигурацию, называемую а-спиралью, впервые четко установили Полинг и Кори. Главное в спиральной структуре — это образование сильных водородных связей между отдельными карбоксильными и аминными группами. Сильной водородной [c.34]

Одной из наиболее значительных ранних работ в этой области была работа Кемпа и Питцера (1936 г.) [11—13] (см. также [14]), которые показали, что барьер вращения в этане равен примерно 3 ккал моль. Это дало возможность согласовать экснериментально полученные величины энтальпии и энтронии этана [15] с величинами, вычисленными с помощью методов статистической механики. Установление наличия энергетического барьера вращения в этане можно считать вершиной в истории конформационного анализа ациклических систем. Кроме того, было опубликовано большое число других важных работ, таких, как спектральные исследования Мидзусимы и его сотрудников [9, 10], изучение конформации полипептидов, начатое Полингом и Кори [16] (см. также [17—19]), детальное рассмотрение влияния конформаций на реакционную способность ациклических систем, предпринятое Кёртином [20] (см. также более позднюю работу [21]). Эти работы будут обсуждены в последующих разделах. [c.13]

Сравнение степеней ионности связей по Сандерсэну и Полингу показывает, что среднее статистическое расхождение составляет 10%. [c.201]

На рис. 54 приведены данные по оптическому вращению (для О-линии натрия) олигомеров у-метил-Ь-глутамата в четырех растворителях. Поведение полипептида в дихлоруксусной кислоте — растворителе, способствующем образованию конформации статистического клубка,— такое, которого следует ожидать для конфигурационной оптической активности, т. е. вращение постепенно приближается к асимптоте, когда п очень велико. Было обнаружено, что для нескольких изученных высокомолекулярных поли-у-метил-Ь-глутаматов средняя величина [а] приблизительно равна —33°, что очень близко к ожидаемой предельной величине [0)1) на рис. 54, а (Доти и Янг, неопубликованные данные). Совершенно другая картина на рисунках 54, б—г, на которых удельное вращение проходит через минимум, соответствующий пентамеру, и затем становится положительным при высоких СП. Из ранних работ Доти, Блоута с сотр. [30, 31 ] известно, что диметилформамид, л-крезол и диоксан — растворители, способствующие образованию конформации а-спирали. В соответствии с моделью а-спирали, предложенной Полингом и Кори, на виток спирали приходится 3,6 остатка и первая водородная связь образуется внутримолекулярно между первым и пятым остатками. Таким образом, результаты, приведенные на рис. 54, можно интерпретировать в терминах образования а-спирали для пентамера и высших гомологов. О диоксане также известно, что он вызывает ассоциацию молекул и появление так называемой Р-формы у полипептидов низкого молекулярного веса (раздел Г-7). Гудман и др. пришли к выводу о том, что данные, приведенные на рисунке 54, г, являются результатом одновременного влияния внутримолекулярных водородных связей и межмолекулярной ассоциации. [c.101]

Нами была вычислена энергия электростатического взаимодействия данной молекулы воды с 5 ближайшиш слоями, содержащими в общей сложности 158 молекул воды. Для расчетов по форлуле (2) использовалась составленная нами программа дая ЭВМ "Наири-2". При суммировании энергии взаимодействия молекул учитывалось также, что каадая молекула воды в структуре льда может приобрести различные ориентировки в отношении другой. Так как Л.Полингом, исходя из расчета остаточной энтропии льда, было показано, что все конфигурахщи молекул в его структуре равновероятны , то при вычислении энергии взаимодействия между любой парой молекул учитывались все возможные их ориентации (с равными статистическими весами). Результаты расчетов приведены в таблице, [c.667]

Серию интересных исследований вьшолнили Е. Каба и Т. Ву [84-87]. Придерживаясь традиционного представления Полинга и Кори о структуре белка, они попытались локализовать спиральные и неспиральные участки на основе статистического анализа конформационного Состояния каждого остатка (п) с учетом влияния предшествующего (п-1) и последующего ( + 1) остатков. Авторы составили таблицу конформационных состояний трипептидов, основанную на данных по 11 белкам известной структуры. В них содержится лишь 15% общего количества возможных тройных комбинаций стандартных природных аминокислот, что недостаточно для предсказания а-спиральных, -структурных и нерегулярных участков. Поэтому предложенный Каба и Ву эмпирический алгоритм применим только для серий гомологичных белков и при использовании других, менее очевидных критериев отбора. Метод был опробован на цитохроме с, для которого известна трехмерная структура и имеются данные о последовательностях 18 гомологов. Даже в таком благоприятном случае удовлетворительного совпадения достигнуто не было. Из 24 остатков, входящих в а-спирали, правильно предсказаны 20 при 24 ошибках остальные остатки (80) не идентифицированы. [c.253]

Для всех эмпирических методов предсказания регулярных форм основной цепи на локальных участках аминокислотной последовательности, образования из этих форм супервторичных структур, доменов и трехмерных структур белковых молекул (с момента их появления и по сегодняшний день) характерны следующие черты принципиального порядка. Прежде всего, в основе всех исследований этого направления лежит конформационная концепция Полинга и Кори, согласно которой трехмерная структура белка представляет собой ансамбль регулярных, вторичных структур. Единство эмпирических методов предсказания по отношеш1ю к этой концепции неизбежно, поскольку в противном случае становится бесперспективным поиск эмпирических корреляций. Очевидно, если пространственное строение сложных макромолекул состоит не из отдельных немногочисленных стандартных блоков, а включает неограниченное количество разнообразных нерегулярных структурных сегментов, то нельзя рассчитывать на его описание с помощью простых правил, выведенных путем статистической обработки экспериментального материала, всегда крайне ограниченного в решении данной задачи. В первых работах предполагалось, что пространственное строение глобулярных белков почти сплошь состоит из вторичной структуры одного типа — а-спирали. Позднее к вторичным структурам был отнесен -складчатый лист, а затем -изгиб и недавно Q-петли. Привлечение последних двух означало принципиальный отход от строгого определения понятия вторичной структуры, так как -изгиб и Q-петли не являются регулярными формами. Кроме того, их идентификация отличается от идентификации а-спиралей и -структур по получаемой при этом информации о структуре белка. Если предсказание регулярной структуры в идеале означает определение на отдельном участке белковой цепи конформационных состояний составляющих его остатков, точнее, геометрии основной цепи участка, то предсказание изгибов и петель даже в идеале означает лишь утверждение об изменении направления цепи, причем, если это касается -изгибов, даже не на 180°, а лишь на угол больше 90° для петель и такое ограничение отсутствует. Это связано с тем, что -изгибы и Q-петли могут быть реализованы путем практически неограниченного количества различных форм основной цепи, а каждая форма — набором большого числа конформационных состояний остатков. Излишне говорить, что между -изгибами и 0-петлями нет четких границ. [c.328]

Порядок расположения аминокислотных остатков относительно друг друга в молекуле пептида фиксирован, но именно вращение атомов и групп вокруг валентных связей, которое определяется набором возможных торсионных углов, обеспечивает существование множества конформаций пептида. Основная цепь пептида в растворе никогда не имеет простой формы вытянутой нитки. Наиболее вероятная конформация синтетического гомополимера — статистический (беспорядочно спутанный) клубок с максимальным значением конформационной энтропии. Природный пептид имеет более организованную конформацию — его цепь сложена в упорядоченные блоки из-за скручивания и уплотнения пептидной цепочки (Полинг, 1964). Методами рентгеноструктурного анализа было установлено, что полипептидная цепь, состоящая из Ь-изомеров, изогнута в виде спирали. Один шаг а-спирали вдоль оси пептида составляет 5.4 А, и на каждый виток спирали приходится приблизительно 3.6 аминокислотных остатка. Каждый из. остатков связан с остатками предыдущего и последующего витков водородными связями между атомом водорода амидной и атомом кислорода карбонильной групп. [c.43]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология