Белки водородный обмен

ИКС водородный обмен в белках и полипептидах. [c.428]

Приведен спектр 1-метилурацила в НаО и ОаО. Заметим, что в ОаО полоса амид II вообще отсутствует. Это иллюстрирует еще один путь примеиения инфракрасной спектроскопии, который оказался особенно полезен при изучении белков. Исчезновение полосы амид II при перенесении белка в ОзО дает возможность проследить за обменом протонов, участвующих в образовании водородных связей, в структурированных областях белков [10]. На рис. 13-4 приведен также инфракрасный спектр 1-метилурацила, содержащего 0 в 4-м положении. Обратите внимание на сдвиг полосы амид II на 7 см" , указывающий, что колебания, связанные с изгибом N—Н-связи, в значительной мере сопряжены с валентными колебаниями связей С = 0 и С = С. [c.13]

Характерна пониженная реакционная способность молекул белка в а-спирали (см. рис. 28.1). Так, в результате экранирования реакционного центра Н в а-спирали водородный (дейтерообмен) обмен в а-спирали [c.722]

Естественная физическая идея состоит в предположении о способности глобулы служить неким энергетическим резервуаром. Энергия теплового движения или энергия, приобретенная глобулой при сорбции субстрата, конвертируется в энергию ФСК, в результате чего происходит эффективное понижение энергии активации. Неполная упорядоченность глобулы и малые различия в свободных энергиях упорядоченного и неупорядоченного состояний (порядка 1 ккал/моль) означают наличие конформационных флуктуаций [104, 105]. Косвенные свидетельства в пользу таких флуктуаций состоят в заметном дейтеро-обмене с водородами пептидных связей —СО—NH— при температурах, значительно меньших температуры денатурации белка, при которой водородные связи рвутся [104]. О том же говорит повышенная жесткость ФСК по сравнению со свободным ферментом— ФСК труднее расщепляется трипсином [105—107]. По-видимому, связывание субстрата уменьшает конформационную подвижность глобулы. Наличие значительных флуктуаций следует также из общей феноменологической теории полимерной глобулы, развитой Лифшицем (см. стр. 143, 236). [c.400]

Все клетки, даже самые простые, имеют мембраны. Мембраны отделяют внутреннее содержимое клетки от окружающей среды, поэтому нарушение целостности мембраны приводит к гибели клетки. Мембраны не только сохраняют молекулы веществ, входящих в ее состав, но и реализуют специфику химического состава клеточной цитоплазмы. С помощью специальных устройств мембрана избирательно выбрасывает из клетки ненужные вещества и поглощает из окружающей среды необходимые. Главные компоненты биологических мембран живых организмов — это сложные липиды. Следует обратить внимание на то, что все сложные липиды, описанные в разд. 9, имеют характерное строение для поверхностно-активных веществ, т. е. две большие неполярные углеводородные группы и полярную часть, способную к образованию водородных связей. Таким образом, эти молекулы способны самопроизвольно агрегировать, образуя в воде бислойные структуры, составляющие основу мембраны. В состав мембранного бислоя входят и молекулы белков, и свободные жирные кислоты. Последние встраиваются в бислой так, что их жирные хвосты погружены внутрь, а полярные группы во внешнюю среду и контактируют с ионами натрия с внешней, а с ионами калия с внутренней стороны бислоя (см. рис. 73). Биологические мембраны не только регулируют обмен веществ в клетке, но и воспринимают химическую информацию из внешней среды с помощью специальных рецепторов. Биологические мембраны обеспечивают иммунитет клетки, нейтрализуя чужие и свои вредные вещества. Они также способны передавать информацию соседним клеткам о своем состоянии. Наконец, совсем недавно было обнаружено, что многие белки-ферменты могут работать только внутри мембраны, запрещая, разрешая или сопрягая ферментативные процессы. [c.407]

Эта точка зрения, согласно которой вблизи поверхности белка имеется один или два слоя воды, очень сходной с объемной водой, но имеющей приблизительно в 100 раз большее время корреляции, согласуется с результатами измерения диэлектрической дисперсии в растворе белка [21, 22]. Эти данные обнаруживают распространение дисперсии, в данном случае диэлектрической проницаемости при высоких частотах, в область частот порядка нескольких сотен мегагерц, что является указанием на увеличение времени ориентационной релаксации фракции растворителя (воды). Мы определяем эту воду как молекулы воды в первой (а возможно, и во второй) гидратационной оболочке вблизи полярных групп, во многом аналогичные воде, которая обнаруживается рентгенографическим методом. Динамика этой воды изменяется пол влиянием стерических факторов и образования водородных связей с участием групп на поверхности белка. Эти требования могут быть выведены из результатов рентгенографического исследования. Время корреляции является по существу временем обмена - 10 с и вытекает из динамики диффузии растворителя вблизи поверхности. В частности, нельзя предположить, что обмен воды из этих слоев будет протекать более медленно. Если бы это происходило в интервале 10 —10 с, то это бы сказалось на величине члена А, но этого не наблюдается. Трудно представить себе такой тип связывания воды с поверхностью типичного белка, при котором молекулы воды удерживались бы у поверхности еще более длительное время и в то же время допускалась свободная реориентация молекул воды. Кроме того, следует вспомнить, что ориентационное время релаксации воды на поверхности раздела в замороженных растворах белка лишь немного больше, чем этот параметр прп —35°С (10 с) [2]. Поэтому имеется весьма мало оснований думать, что существуют молекулы-воды, время обмена для которых намного меньше 10 9 с. [c.177]

Среди микроорганизмов, играющих важную роль в круговороте веществ в природе, за последние годы исключительный интерес привлекли бактерии, окисляющие водород. Интерес этот возник, когда оказалось, что автотрофные организмы, окисляющие водород за счет полученной энергии ассимилирующие углекислоту, могут быть применены для регенерации воздуха в кабинах космических кораблей, и что они имеют ряд преимуществ по сравнению с водорослями. Кроме того, было установлено, что водородные бактерии, размножаясь в среде, где имеется кислород, водород, углекислота и источник минерального азота, способны в заметных количествах синтезировать белок и липиды. Представляет общебиологический интерес роль этих организмов в обмене молекулярного водорода в природе. Ежегодно в почве и водоемах разлагаются миллиарды тонн растительных остатков и анаэробное разложение дает огромное количество его. При разнообразных видах брожений, вызываемых бактериями (сбраживания белков, углеводов, органических кислот, спиртов) выделяется газ, содержащий водород. Молекулярный водород образуют только бактерии. [c.124]

Сообщается о применении дейтерообмена для анализа структуры белков [846]. Ранее были определены константы скорости обменных реакций и степени дейтерирования некоторых белков по полосам комбинационного тона, лежащем в ближней ИК-области (4590 и 4870 см- ) [460, 461]. Оказалось, что в а-кератине при 30°С обменивается около 30% подвижных водородных атомов. Эта величина не возрастает и после очень длительного дейтерирования. Однако с ростом температуры или величины рВ она повышается. Для многих белков не удается объяснить частичное дейтерирование непроницаемостью кристаллитов для воды, так как кристаллиты связывают воду с образованием гидратов. В этом случае непроницаемость связана со стереохимической структурой полипептид-ной цепи. [c.117]

При растворении простых пептидов или белков в окиси дейтерия атомы водорода, соединенные с азотом, кислородом или серой, замещаются на дейтерий. При контакте дейтерированного продукта с обычной водой дейтериевые атомы снова замещаются на атомы водорода. У простых пептидов этот обмен протекает наиболее полно и быстро, практически мгновенно. Однако у разных белков и полипептидов скорости обмена сравнительно малы, а степень обмена при установлении равновесия значительно менее 100%. Количественные исследования этой реакции, проведенные с использованием разнообразных химических и физических методов, в том числе инфракрасной спектроскопии и ядерного магнитного резонанса, внесли важный вклад в дело выяснения вторичной структуры белков. Действительно, из полученных результатов были сделаны принципиальные выводы, так как было найдено, что атомы водорода и дейтерия, соединенные с атомами азота пептидных групп, образующих водородные связи, обмениваются гораздо медленней, чем подобные атомы, не участвующие в образовании водородных связей (и, следовательно, более доступные растворителю), или атомы, входящие в состав функциональных групп боковой цепи. В молекуле белка, как оказалось, могут содержаться и другие медленно обменивающиеся атомы водорода в их число входят атомы, экранированные гидрофобными участками молекулы, а также атомы пептидных связей, отличающихся большими пространственными [c.391]

Рибонуклеазу широко использовали в качестве модельного белка для изучения водородно-дейтериевых обменных реакций, так как для этого белка очень точно установлены не только полная последовательность аминокислот, но и вторичная и третичная структура [25, 27, 28, 232—239]. Так, например, было найдено, что в этом белке не все протоны как групп ОН, так и групп КН одинаковы, а определенным образом распределяются в соответствии с заметно различающимися скоростями обмена, причем как характер распределения, так и скорости обмена сильно зависят от pH, температуры и других условий реакции. [c.392]

На рис. 14.17 показан пример применения уравнения (14.64) к миоглобину. Видно, что величина полученная из нейтронного рассеяния, немного меньше соответствующей величины, полученной из рентгеновского рассеяния. Причина в том, что сахароза и глицерин, используемые для изменения рентгеновского контраста, не могут проникать внутрь белка. Но это возможно для молекул воды при нейтронном рассеянии, о чем свидетельствует небольшой водородно-дейтериевый обмен, наблюдаемый при варьировании отношения НзО/ОзО. Параметр а положителен для обоих методов. Это вызвано тем, что около поверхности белковой молекулы располагаются преимущественно гидрофильные группы. У этих групп и электронная плотность (а следовательно, рентгеновская рассеивающая плотность), и нейтронная рассеивающая плотность выше, чем у внутренних (гидрофобных) остатков. [c.442]

Для некоторых белков образование нативной конформации зависит от присутствия специфических лигандов, часто ионов металлов или других простетических групп [94, 413]. Наличие лиганда не обязательно приводит к существенно иной конформации свернутого белка, но способствует стабилизации его нативной формы. На основании опытов по водородному обмену [415], а также с помощью кривых денатурации мочевиной [461] апомиоглобина, глобулярного белка с ДОобщ 9 ккал/моль, установлено, что этот белок должен быть на 4 ккал/моль менее стабилен, чем миоглобин. Противоположным примером является цитохром с, присутствие в котором ковалентно связанной группы гема абсолютно необходимо для стабильности белковой структуры. При удалении этой группы белок перестает быть глобулярным [462. Если удалить только ион железа, белок остается глобулярным, хотя и менее стабильным, например, к термической денатурации [463]. [c.190]

Для фибриллярных белков характерна спиральная структура с периодом идентич- ности примерно 7а (фиброин). Белки со кскладчатой структурой (кератин) состоят, по-видимому, из вытянутых цепей, связанных друг с другом межмолекулярными водородными связями. Глобулярные белки часто содержат участки, в которых остатки аминокислот частично входят в спиральную конформацию и частично — в неспирализованные сегменты. Измерение содержания спиральных участков на основании изменения вращательной способности при денатурации было применено впервые для полиаминокислот (см. 31,35) и позднее перенесено на белки. Второй метод основан на скорости изотопного обмена вторичного амидного водорода на дейтерий. Обмен в спирализованной ча-сти. молекулы идет медленнее, чем в беспорядочно свернутых сегментах (Блу, 1953—1961 Линдерштрем-Ланг, 1955). [c.710]

ИЛИ совсем не обмениваться. В тех случаях, когда атомы водорода участвуют в водородных связях или находятся в гидрофобных областях вне контакта с растворителем, их нормальная скорость Обмена снижается. Для определения скорости обмена дейтерированный белок растворяют в Н2О и через определенные интервалы времени измеряют плотность растворителя, которая зависит от относительного содержания дейтерия. Можно также использовать в подобных экспериментах радиоактивный тритий или определять скорость обмена по уменьшению интенсивности амидной полосы поглощения в инфракрасной области при 1550 м , которое наблюдается при растворении белка в D2O. Последний способ является наиболее удобным. Определение скорости изотопного обмена можно производить и по другим полосам поглощения в инфракрасной области, а также с помощью магнитного ядерного резонанса. В случае малых полипептидов для этой цели можно использовать спектры комбинационного рассеяния. Следует учесть, что эти методы приводят к правильному результату только в тех случаях, когда изотопное замещение не вызывает изменения конформации белка. Например, для нормальной рибонуклеазы температура перехода в воде при pH 4,3 равна 62°, а для дейтерированной, растворенной в D2O, она равна 66°. Таким образом, дейтерирование способствует сохранению спиральной конформации. Поэтому при анализе экспериментов по изотопному обмену, проводимых при 65°, необходимо учитывать изменение относительного содержания фракций белка, имеющих различную конформацию. Во избежание подобных осложнений следует проводить опыты в условиях, исключающих возможность конформационных переходов. [c.295]

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]

Эти реакции приводят к замене атомов протия с массовым числом 1 на атом дейтерия с массовым числом 2 и в соответствии с уравнением (9.9) к уменьшению волнового числа (v) инфракрасного излучения, необходимого для возбуждения колебания связи с замененным водородным атомом. Скорость обмена водорода на дейтерий в пептидных группах белков можно исследовать, наблюдая полосу амид II, расположенную при 1550 СМ для группы — ONH— и при 1450 см" для группы — OND— [33]. Как следует из уравнения (9.9), замещение водорода на дейтерий приводит к сдвигу полосы в сторону меньших волновых чисел. Этот сдвиг не так велик, как можно было бы предположить, подставляя массы водорода и азота в уравнение (9.9), поскольку полоса амид II вызвана не только колебаниями атомов азота и водорода, но также и движениями других атомов в пептидной группе. Интерес к кинетике дейтеро-обмена в белках возник в связи с наблюдением, согласно которому обменная реакция в коротких пептидах и полностью денатурированных белках при комнатной температуре и нейтральных рн протекает по уравнению первого порядка и имеет время полуобмена 0,1 —1,0 мин, а для обмена в нативных белках требуются часы и даже дни. Анализ кинетики изотопного обмена водорода в белках позволяет получать ценную информацию, касающуюся кинетических и термодинамических характеристик конформационных переходов [33]. [c.511]

Оксомостиковые структуры, подобные структуре I, в которой из-за отталкивания между атомом кислорода и вторым лигандом угол Fe—О—Fe должен приближаться к 90°, в неорганических комплексах железа (III) до сих пор не встречались. Так что в данном случае трудно оценить ожидаемую степень обменного взаимодействия. Мостиковая группировка Fe—О—Fe образует угол, близкий к 90°, только в том случае, если кислород связан с третьим партнером, например протоном. Это сопровождается ослаблением связи Fe—Ю и значительным уменьшением эффективности обменного взаимодействия. Возможно, что протонированию мостикового этого высказывались предположения о том, что обменное взаимо-ковой группы в белке либо оксо-мостик связан с белком слабой водородной связью. В таком случае в оксомостиковой структуре I могло бы сохраниться короткое расстояние Fe—О и сильный анти-ферромагнитный обмен, присущие оксомостиковой приблизительно линейной структуре Fe—О—Fe. [c.397]

А. Э. Калмансона 71,72] к заключению о том, что в нативной белковой структуре неспаренный электрон в значительной степени делокализован по белковой структуре. Это приводит к обменному сужению, исчезновению СТС и повышению вероятности рекомбинации свободных валентностей. Было предположено также, что возможность делокализации связана с существованием в нативных белках сплошной упорядоченной сетки водородно-пептидных связей и что делокализация неспаренных электронов по этой сетке может в какой-то степени рассматриваться как движение заряда в зоне проводимости полупроводника [80. [c.188]

Отсюда следует, что обменное взаимодействие приюдит к сужению центральной части линии. Следует иметь в виду, что на краях линии, где1Аш > вг сигнал сохраняет Гауссову форму. Недавно был предложен простой графический метод определения oj путем построения линейных анаморфоз уравнений (2) и (3) [20]. Наличие обменного сужения линии служит для химика надежным указанием на существование достаточно быстрых (с частотой Wj) перемещений неспаренного электрона в системе. Этот эффект проявляется при так называемом переносе реакционного центра по цепи сопряженных связей. Сравнительно малая ширина сигнала ЭПР лоренцеюй формы от различных углей, несмотря на чрезвычайно высокие концентрации неспаренных электронов, однозначно указывает на наличие большого количества высокосопряженных систем. Как известно, этот вывод находится в полном соответствии с химическими рентгеноструктурными исследованиями углей [21]. Анализ опытных данных показывает, что частота обмена электронами между соседними конденсированными системами в углях равна по порядку величины 10 сек Ч Другим примером проявления обмена являются линии ЭПР неспаренных электронов в т-облученных белках, где благодаря делокализации электронов по регулярной сетке межцепочечных водородных связей линии ЭПР сужаются в десятки раз по сравнению с линиями ЭПР неспаренных электронов в f-облученных индивидуальных аминокислотах [12]. [c.124]

Линдерстром-Ланг [232, 233] был одним из первых исследователей, связавших пониженную скорость водородного обмена, особенно атомов водорода пептидных связей, с надмолекулярной структурой белка. Правда, следует отметить, что основу для такого предположения дала ранее опубликованная работа Блаута [237] по полипептидам. Инфракрасные спектры, полученные Хаггисом [238], подтвердили предположение, что медленно обменивающиеся атомы водорода принадлежат пептидным группам, а не функциональным группам боковой цепи. Хотя обычно принимали, что атомы водорода, обменивающиеся в разбавленных растворах почти мгновенно (в пределах 30 сек) при температуре около 0°, являются свободными атомами водорода, а атомы водорода, обменивающиеся в тех же условиях значительно медленнее, входят в состав водородных связей, Шерага [27], например, указывает, что такая интерпретация результатов является лишь предположительной и приемлемой, но не вполне правильной. Шерага в цитируемой книге отмечает возможность существования экранированных или недоступных атомов водорода, находящихся в гидрофобных областях структуры белка. Кроме того, как уже указывалось выше, обмен может сильно замедляться пространственными затруднениями у некоторых пептидных связей [214], хотя до сих пор прямых экспериментальных подтверждений этого предположения получено не было. [c.392]

Щества (табл. 10), почти наполовину сокращается содержание большинства аминокислот (табл. И). Количество нуклеиновых кислот уменьшается до 6,3%, а содержание ПОМК возрастает до 22%, это почти в 10 раз превышает его исходную концентрацию. Увеличивается также синтез липидов в клетках и углеводов. В связи с перестройкой синтеза биохимических соединений у водородных бактерий в условиях дефицита азота изменяется характер поступления остальных биогенных элементов в клетки серы, фосфора, калия и магния (см. табл. 10). В большей степени затрагивается обмен калия и магния, что вполне объяснимо, так как известно непосредственное участие этих элементов в синтезе белковых веществ. Снижение внутриклеточной концентрации серы связано с уменьшением количества серосодержащих аминокислот в белке. Таким образом, установлено, что условия азотного питания существенно влияют на физиолого-биохимические свойства бактерий Al aligenes eutrophus Z-1 причем биохимический синтез сдвигается в сторону [c.71]

Высказывалось предположение, что изотопный анабиоз может быть вызван нарушением геометрического соответствия макромолекул ДНК, РНК или белка при замене изотопов водорода [169, 178]. Структура этих макромолекул закреплена водородными связями. Поэтому можно предположить, что небольшие различия в водородных связях при очень большом их числе в макромолекуле могут исказить трехмерные матричные структуры и затруднить взаимодействие протиевых макромолекул с дейтериевыми. Прямую и обратную изотопную адаптацию можно при этом рассматривать как следствие медленного установления геометрического соответствия при изотопном обмене. Однако и такое объяснение не является убедительным, так как жесткость структуры макромолекул по водородным связям не может быть очень большой. [c.82]

По сравнению с другими белками сывороточные альбумины изучены довольно хорошо. По своему строению молекула нативного белка близка к эллипсоиду вращения и может быть охарактеризована как молекулярный кристалл со строгой конформационной структурой полипептидной спирали — цепи, свернутой определенным образом и поддерживаемой внутримолекулярными дисульфидными цисти-новыми мостиками, ионными и водородными связями между содержащимися в молекуле ионогенными группами, а также гидрофобными взаимодействиями между углеводородными фрагментами аминокислот. Следует отметить, что в структуре кристаллического белка существенную роль играют молекулы воды. Известно, например, что даже после тщательной низкотемпературной сушки вода составляет около трети массы кристаллического белка. В то же время факт отсутствия молекул воды внутри молекул глобулярных белков был доказан методом дифракции рентгеновских лучей [38, с. 176]. Это косвенно подтверждается и экспериментами по измерению скорости водородно-дейтериевого обмена, из которых следует, что лишь часть атомов водорода в группах —ОН, —NH2 и =КН обменивается практически мгновенно, в то время как на обмен остальных атомов требуется несколько часов. В связи с этим Ф. Гауровиц [38] и некоторые другие исследователи высказывают сомнения в пригодности этого метода для изучения конформации белков и вообще в существенной роли водородных связей, равно как и солевых мостиков, в поддержании нативной конфигурации цепи. [c.548]

Взаимодействие цитохрома с с модифицированным дипиридилом золотым электродом протекает, по-видимому, с участием лизиновых остатков на поверхности белка, образующих водородные связи с одним из атомов азота в промоторе. В основе этого предположения лежит сходство поведения рассматриваемой электрохимической системы и цитохрома с при белок-белковом электронном обмене. Известно, например, что полилизин ингибирует реакцию между цитохромом с и его биологическим партнером-цитохромоксидазой. При добавлении полилизина в электрохимическую ячейку, содержащую цитохром с и модифицированный дипиридилом электрод, гетерогенный перенос заряда также ингибируется. Сходным образом модификация поверхностных боковых цепей цитохрома с в равной степени ингибирует как электрохимическую стадию переноса заряда, так и реакцию с цитохромоксидазой [11, 26, 43]. [c.220]

При растворении многих веществ в дейтериевой (ВгО) или три-тиевой (Ш2О) воде происходит обмен атомов водорода на О или Аминокислоты, нуклеозиды, короткие полипептиды, белки в конформации беспорядочного клубка и одноцепочечные нуклеиновые кислоты быстро обменивают атомы водорода, связанные с атомами азота, кислорода и серы атомы водорода, связанные с атомами углерода, обмениваются гораздо медленнее. В белках, в силу их химических свойств, способные к обмену протоны боковых групп некоторых аминокислот (например, ОН серина и NH2 глутамина и аспарагина обмениваются намного быстрее, чем протоны пептидной связи или амидных групп глутамина и аспарагина. Эти два класса протонов различают по рН-зависимости скоростей водородного обмена — первый класс имеет минимум при pH 7, второй — при pH 3. Каждый класс можно подразделить по принципу степени участия протонов в образовании водородных связей. Поскольку скорость водородного обмена обычно гораздо меньше, чем скорость образования и разрыва водородных связей (которая контролирует доступ растворителя к группам, участвующим в образовании водородных связей), наблюдаемая скорость водородного обмена для любой группы есть произведение скорости собственно водородного обмена на долю времени, в течение которого группа доступна растворителю. Таким образом, если группа участвует в образовании водородной связи, то это должно приводить к понижению скорости водородного обмена. Это происходит потому, что данная группа подвергается действию растворителя только тогда, когда имеет место локальный разрыв водородных связей. Следовательно, измеряя скорости водородного обмена для открытых групп (например, в мономерах) и скорости обхмена для аналогичных групп макромолекулы, можно определить в каждый данный момент времени долю групп, не участвующих в образовании водородных связей. [c.521]

Смотреть страницы где упоминается термин Белки водородный обмен: [c.181] [c.181] [c.749] [c.394] [c.264] [c.289] [c.67] [c.75] [c.286] [c.720] [c.296] [c.298] [c.193] [c.193] [c.107] [c.106] [c.545] [c.349] [c.346] [c.286] [c.349] [c.258]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология