Конформационные изменения в процессе зрения

Хлоропласты представляют интерес в первую очередь в связи с их фотосинтетической функцией. Однако с более общей точки зрения фотосинтез — это лишь одна из многих важных биологических функций хлоропластов. Недавно было показано, что хлоропласты способны синтезировать белок, что опи изменяют свою форму и подвергаются конформационным изменениям в процессе переноса электронов [25] и что мембрана хлоропластов способна к накоплению ионов [30]. Генетическая автономность хлоропластов, связанная с наличием в них нуклеиновых кислот, способы самовоспроизведения хлоропластов и их метаболические функции, отличные от фотосинтеза, — вот интереснейшие вопросы, ждущие своего разрешения. Здесь будут рассмотрены некоторые из этих проблем. [c.81]

Теперь мы обратимся к краткому рассмотрению того, как описанные фотохимические изменения превраш,аются в электрический импульс, который стимулирует мозг. Существуют доказательства, что одиночный квант света может вызвать раздражение палочки сетчатки. Однако поглощение одного кванта еще не создает эффекта зрения. Для этого требуется попадание нескольких квантов (согласно разумной оценке, от двух до шести квантов) в одну и ту же палочку в течение относительно короткого временного промежутка. Но даже в этом случае процесс весьма эффективен, а энергия конечной реакции существенно превосходит энергию, поглощенную зрительным пигментом. Поглощение света инициирует цепь реакций, черпающих энергию из метаболизма. Тем самым зрительное возбуждение является результатом усиления светового сигнала, попадающего в сетчатку. Фоторецептор служит биологическим эквивалентом фотоумножителя, который преобразует кванты света в электрический сигнал с большим усилением и низким шумом (см. гл. 7). И фоторецептор, и фотоумножитель достигают большого коэффициента усиления с помощью каскада стадий усиления. Зрительные пигменты представляют собой интегральные мембранные белки, которые находятся в плазме и мембранах дисков внешнего сегмента фоторецептора. Фотоизомеризация ретиналя вызывает серию конформационных изменений в связанном с ним белке и тем самым образует или раскрывает ферментативный активный центр. Следует каскад ферментативных реакций, которые в конце концов дают нервный импульс. Электрический ответ начинается с кратковременной гиперполяризации, вызванной закрытием нескольких сотен натриевых каналов в плазматической мембране. Таким способом молекулы-посредники (мессенджеры) передают информацию от диска рецептора к мембране плазмы. Вероятным кандидатом на роль мессенджера является богатый энергией циклический фосфат цГМФ (гуанозин-3, 5 -цикломонофосфат), возможно, в сочетании с ионами Са +. Было показано, что катионная проводимость плазматических мембран палочек и колбочек прямо контролируется цГМФ. Таким образом светоиндуцированные структурные изменения диска активируют механизм преобразования, который сам генерирует потенциал, распространяющийся по плазматической мембране. В настоящее время детали механизмов преобразования и усиления продолжают исследоваться. Была предложена схема, основной упор в которой делается на центральную роль фосфодиэстеразы в процессе контроля за кон- [c.241]

Достаточно медленными представляются и процессы кон-формационных изменений — реорганизаций активных центров, сопровождающих ферментативный катализ. Функция плотности распределения констант скорости элементарных стадий конфор-мационных изменений заметно перекрывает функцию плотности распределения констант лимитирующих стадий [24]. Согласно точке зрения Блюменфельда скорости ферментативного катализа лимитированы скоростями конформационных изменений [28]. [c.73]

Сложный процесс наблюдается при денатурации белка специфическая пространственная структура (четвертичная, третичная и вторичная) разрушается, и с точки зрения конформационных характеристик денатурированный белок представляет собой полный хаос . Денатурация — это такое изменение нативной конформации белковой молекулы, которое происходит при достаточно резком изменении внешних условий и сопровождается заметным изменением физико-химических свойств белка и полной потерей биологической активности. [c.103]

Процессы конформационных изменений активных центров, сопровождающих ферментативный катализ, достаточно медленны, Согласно точке зрения Л. А. Блюменфельда (Блюменфельд, 1978) скорости ферментативного катализа лимитированы скоростями конформационных изменений. [c.35]

Денатурация белка в классическом смысле определялась как любая непротеолитическая модификация уникальной структуры нативного белка, приводящая к определенным изменениям химических, физических и биологических свойств [388]. Из этого определения исключаются изменения состояния ионизации, если только они не сопровождаются конформационными переходами. Денатурация может происходить в результате нагревания, изменения pH и добавления неполярных растворителей или некоторых специфических денатурирующих реагентов, например мочевины или солей гуанидина. Она также может быть вызвана восстановительным или окислительным разрывом дисульфидных связей, которые стабилизуют нативные конформации некоторых белков. Денатурация, как правило, сопровождается уменьшением растворимости белка. Это можно легко понять, так как гидрофобное взаимодействие, стабилизующее нативную конформацию, приводит к межмолекулярной агрегации, если полипептидные цепи принимают вытянутые конформации. Другим характерным последствием денатурации является раскрытие реакционноспособных групп, которые расположены внутри третичной структуры и становятся доступны воздействию реагентов при разрушении этой структуры. К числу наиболее пригодных методов наблюдения за процессами денатурации принадлежат спектроскопические измерения, измерения оптической активности и определение каталитической активности ферментов или биологической активности гормонов. Конформационные переходы при денатурации включают ряд процессов, которые в различной степени могут сказываться на каждом из наблюдаемых изменений, и поэтому понятие степени денатурации бессмысленно, если не будет установлен критерий, с помощью которого денатурация измеряется. Эта точка зрения иллюстрируется рис. 44, на котором изображено изменение оптической активности, поглощения света и ферментативной активности рибонуклеазы [389]. [c.136]

В подходе с упрощенными моделями используются методы минимизации энергии, которые исключают анализ значительных конформационных изменений и больших энергетических флуктуаций, что делает невозможным поиск специфических межостаточных взаимодействий, формирующих компактную глобулу. Состоятельное с физической точки зрения компьютерное воспроизведение процесса спонтанной самоорганизации трехмерной структуры белка требует не только 294 [c.294]

Иммобилизация, или структурное связывание воды, представляет собой механический захват ее при конформационных изменениях макромолекул или их комплексов. Физические свойства такой воды не изменяются. Поэтому с физической точки зрения эту воду нельзя считать связанной. Но в физиологическом отношении она является фактически связанной, так как не может выйти из занимаемого ею компартмента и участвовать в физиологических процессах за его пределами. [c.20]

Следует уточнить, в чем, с нашей точки зрения, проявляется химическая сторона эффекта дальнего порядка. Само по себе явление скручивания макромолекулы за счет конформационных переходов и увеличение концентрации фрагментов цепи в окрестности функциональной группы является чисто физическим процессом, который можно количественно охарактеризовать с помощью величины эффективной локальной концентрации. Однако этот физический процесс приводит к увеличению вероятности взаимодействия функциональной группы с фрагментом, расположенным далеко от нее по цепи. Такого рода взаимодействие (водородная, ионная, донорно-акцепторная связь и т.д.) имеет химическую природу и, поскольку именно оно является причиной изменения активности концевой группы, эффект дальнего порядка можно рассматривать как химический фактор. [c.56]

Именно наличие выделенных механических степеней свободы позволяет рассматривать смещения, происходящие в разных областях макромолекулы, как изменения, совершающиеся в один акт. Энергия, сосредоточенная на этих медленно релаксирующих степенях свободы, не диссипирует быстро в теплоту за счет размена по другим обычным степеням свободы, что используется фактически для обеспечения направленного характера релаксационных процессов в ферментативном катализе. С такой нетрадиционной точки зрения, теряет непосредственный смысл использование понятий энергии и энтропии активации, как это делают в теории активированного комплекса. Зависимость скорости ферментативной реакции от температуры определяется не числом активных молекул с энергией, достаточной для преодоления барьера, а влиянием температуры на конформацию макромолекулы и, следовательно, на путь и скорость ее последующей релаксации (см. 2, гл. УП). Все молекулы субстрата, образовавшие правильный комплекс с ферментом, претерпевают химическое превращение в результате самопроизвольной релаксации фермента к новому конформационному состоянию. Конечно, с термодинамической точки зрения, общей движущей силой процесса является разность химических потенциалов субстрата и продукта. Однако она определяет лишь число встреч молекул фермента и суб- [c.426]

С механистической точки зрения тепловая денатурация белков, по-видимому, протекает именно таким образом (Tsong, Baldwin,, 1972). Соответственно наблюдаемая константа скорости является мерой конформационных изменений, и из исследования инактива-ционных процессов можно получить информацию о конформационных состояниях молекулы белка. [c.97]

Химии дисульфидных связей посвяш ен ряд обзоров, в которых рассматриваются как белки [252, 253], так и органические молекулы других типов [254—258]. Караш [254, 257] и Приор [256] внесли большой вклад, в изучение механизмов реакций двухвалентной серы, и в их обзорах значительное число реакций образования и расш,епления дисульфидов классифицировано на основании этих механизмов. Большой интерес к реакциям образования и расщепления связи 8 — 8 в природных полимерах объясняется различными причинами [255]. Во-первых, эти процессы представляют интерес с точки зрения электронной теории и стереохимии связи 8 — 8. Во-вторых, существенно выяснение взаимосвязи между биологической активностью и конформацией макромолекул и роли дисульфидных связей в стабилизации активной конформации. В-третьих, важно определить роль дисульфидных связей в реакциях, приводящих к денатурации, коагуляции и другим конформационным изменениям молекул белка. В-четвертых, интересно значение дисульфидных связей для процессов- [c.399]

Природа взаимодействия между АТРазой и компонентами дыхательной цепи неясна. Высказывалось предположение, что оно осуществляется благодаря образованию интермедиато [493], и косвенные данные, полученные на основании спектральных исследований, действительно указывают на то, что некоторые цитохромы могут претерпевать изменения в процессе катализируемых ими реакций, связанных с запасанием энергии [1187]. Важную роль в осуществлении этого взаимодействия может играть близость расположения АТРазы и компонентовдыхательной цепи, встроенных в мембрану митохондрий, поскольку благодаря ему могут происходить взаимозависимые конформационные изменения соответствующих компонентов, которые в свою очередь могут послужить основой для синтеза АТР при окислительном фосфорилировании [512, 4320]. Согласно другой точке зрения, взаимодействие является не столь прямым и осуществляется благодаря формированию электрохимического градиента протонов. Митчелл предположил, чт синтез АТР связан с трансмембранным переносом протонов и что фермент митохондрий может быть специализированной формой катионпереносящих АТРаз, наличие которых установлено в разных мембранах [3184], С учетом всего этого были предложены различные гипотетические механизмы [3185, 5263]. [c.79]

Отсюда, с точки зрения скорости изменения конформационных форм, процесс поверхностного разупорядочивания также не является фазовым превращением. [c.141]

Предстационарная кинетика обладает рядом преимуществ с практической точки зрения. Она имеет дело с очень простыми по сути процессами например, с ее помощью определяют стехиометрию процесса, в ходе которого происходит всплеск концентрации продукта, находят константы скорости переноса связанных с ферментом промежуточных соединений на второй субстрат или исследуют индуцируемые лигандами конформационные изменения в белках. Кроме того, характеристики процессов первого порядка (которые обычно изучают) не зависят от концентрации фермента в отличие от констант скорости, измеряемых в стационарной кинетике. Для исследования быстрых реакций требуются очень высокие концентрации ферментов, но их значения близки к концентрациям in vivo. Более того, аналогичные концентрации обычно используются при прямом определении физического состояния белка, что позволяет получать, например, данные об агрегации в условиях, при которых протекает реакция. [c.212]

При анализе сформулированных выше аспектов проблемы прочности полимеров важно учитывать изменение их структуры в процессе нагружения. Заключительный этап разрушения происходит в системе, существенно отличающейся структурными характеристиками от исходной [299, с. 92]. Поэтому при изменении температуры и скорости нагружения (или времени действия силы) возможен переход от одного механизма разрушения к другому [300, с. 197]. Эта точка зрения [143, с. 218] в дальнейшем нашла подтверждение в экспериментах ряда ученых, например в работах Вильямса, Девриза, Ройланса [301, с. 197 302, с. 127—1351. Следует заметить, что на практике часто происходит разрушение предварительно ориентированных в направлении нагружения волокон или пленок. Система такого типа практически лишена способности изменять конформационный набор макромолекул в процессе разрушения. В таких системах при достаточно большой молекулярной массе противодействовать разрушению будут преимущественно силы главных химических валентностей, [c.235]

Таким образом, можно заключить, что изменения молекулярной подвижности связаны с уменьшением гибкости цепи в граничном слое вследствие конформационных ограничений, накладываемых геометрией поверхности. При этом из наших данных следует, что не имеет значения, вызвано ли изменение конформаций только наличием поверхности или некоторой степенью связывания молекул поверхностью. Последний фактор, весьма сущес венный с точки зрения прочности адгезионной связи, не имеет существенного значения при уменьшении молекулярной подвижности, поскольку эти процессы не связаны с нарушением связей на границе раздела. [c.159]

Из общих соображений, конечно, понятно, что процесс стеклования протекает менее резко по мере увеличения плотности сшивания, но этот эффект ранее, по-видимому, количественно не изучали. Если использовать правило Вундерлиха, основанное на предположении, что инкремент теплоемкости в расчете на бусинку постоянен [9], то средний размер бусинок должен увеличиваться с увеличением плотности сшивания смолы, так что при очень высоких степенях сшивания вклад бусинок , равный 11,3 Дж/(моль-град), становится пренебрежимо мал в пересчете на единицу массы. Однако общность этого полуэмиирического соотношения частично объясняется неопределенностью в отнесении инкремента теплоемкости к единице бусинок . Более строгая трактовка избыточной теплоемкости при переходе через температуру стеклования дана недавно в работе [10]. Путем включения параметров, характеризующих колебания решетки, в конфигурационно-энтропийную теорию стекол Гиббса-ДиМарцио было выведено выражение для скачка теплоемкости. Считается, что величина АСр складывается из трех слагаемых конформационный член, появляющийся в результате изменения формы молекул при стекловании конфигурационный член, учитывающий увеличение объема, и колебательный член, учитывающий изменение значений силовых констант с температурой. Значение К в уравнении (1), приведенное выше, трудно понять с этой точки зрения. Для экспериментов использовали специальную смолу с высокой, хотя и не 100%-ной степенью сшивания, и ожидали, что эта смола будет иметь низкие значения АСр. Величина скачка теплоемкости для воды точно не известна, но оцененное значение [35— 37Дж/(моль-град)] находится в нормальном интервале для веществ низкой молекулярной массы [11, 12]. В случае /С<С1 с помощью уравнения (1) легко показать, что снижение Гст в результате пластификации приблизительно пропорционально /С . Этот факт, вероятно, может объяснить необычайную эффективность воды как пластифицирующего агента, часто наблюдаемую для систем, которые содержат эпоксидную смолу с высокой степенью сшивания. В настоящее время проводится количественная оценка данных по теплоемкости, и об этом будет сообщено в следующей публикации. [c.476]

Большая величина ЯактСАЯ ) в приведенном уравнении — это именно то, что отличает тепловую денатурацию белков от обычных химических процессов. Поэтому с изменением температуры скорость денатурации изменяется очень быстро. Величину АО можно рассчитать на основе теории абсолютных скоростей реакций. При скорости денатурации в пределах 10 —величина ДОФ составляет около 80 кДжХ Хмоль-. Так как ДЯ Ф АОФ+7 А5Ф, а величина ДЯФ обычно лежит в пределах 300—500 кДж мoль- из этого следует, что Д5Ф имеет необычно большую величину, лежащую между 200 и 1000 Дж-град- Х Хмоль- Этот факт имеет очень простое объяснение. В начале денатурации происходит разрыв множества связей, значительные конформационные перестройки белка и высвобождение ассоциированных молекул растворителя, что сопровождается увеличением энтропии, т. е. возрастанием степени неупорядоченности. Величина Д5 для процесса денатурации в целом, при полной неупорядоченности полипептидных цепей, может составлять несколько тысяч Дж-град- моль Процесс денатурации может включать несколько стадий, идущих по различным альтернативным путям, однако для описания всего процесса в целом с точки зрения термодинамики необходимо знать только величину энергии активации самой медленной стадии. Такой стадией обычно является первая стадия процесса. [c.84]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология