Конформационные изменения, изучение

Изучение конформаций молекул. Всякие изменения в структуре молекулы отражаются на колебаниях входящих в ее состав атомов, что в свою очередь проявляется в ИК-спектрах. Таким образом изучение колебательных спектров в разбавленных растворах (для исключения межмолекулярных взаимодействий) дает информацию о различных конформационных взаимодействиях. Изучение ИК-спектров позволяет, например, исследовать поворотную изомерию, которая обусловлена заторможенным вращением объемистых заместителей вокруг данной связи. Если высота энергетического барьера вращения достаточно высока, то это приводит к крутильным колебаниям группы атомов такие колебания обычно расположены в дальней ИК-области (v<200 см" ), а их частоты позволяют рассчитать высоту соответствующего потенциального барьера. [c.220]

Изучение конформационных изменений. Рассмотрим определение констант скоростей взаимного превращения кресло — кресло в циклогексане [c.270]

Изучение конформационных изменений [c.106]

ИЗУЧЕНИЕ КОНФОРМАЦИОННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ЛАКТАТДЕГИДРОГЕНАЗЫ ПРИ СВЯЗЫВАНИИ КОФЕРМЕНТА И СУБСТРАТА [c.340]

Влияние, которое оказали результаты рентгеноструктурного анализа белков на изучение их фракций, детально рассматривается в следующем томе настоящего издания. Здесь хотелось бы обратить внимание на то, что наличие уже в течение нескольких десятилетий уникальной структурной информации все еще не привело к концептуальному развитию или переосмыслению представлений о природе и принципах функционирования белков, сложившихся до становления кристаллографии макромолекул. Ставшие доступными данные рентгеноструктурного анализа о пространственном строении белковых молекул не вызвали качественных изменений в понимании биокатализа, гормон-рецепторных взаимодействий и многих других явлений. Функционирование биосистем молекулярного уровня не обрело строгой трактовки в рамках сформулированных ранее концепций ферментативных и иных реакций, равно как и последние не получили на основе структурных данных своей объективной оценки. По-прежнему, фундаментальные различия между обычными химическими реакциями в растворе и реакциями, осуществляемыми ферментами, продолжают видеться в напряжении и деформации субстрата при его сорбции в активном центре в сторону переходного состояния, в индуцированном соответствии и принудительных конформационных изменениях фермента, в его изна- [c.75]

Константы равновесия в том и другом случае отличаются незначительно (в 2—4 раза). В то же время при переходе от профлавина к родамину 6Q процесс комплексообразования красителя с активным центром замедляется почти в 10 paat Структуры молекул этих лигандов различаются в основном лишь тем, что молекула родамина 6Q содержит дополнительное бензольное кольцо. Как показало изучение температурной зависимости кинетики комплексообразования, энергия активации этого процесса порядка 17 ккал/моль (71,4 кДж/моль). С другой, стороны, известна, что энергия активации процессов, контролируемых диффузией, не превышает, как правило, 5 ккал/моль (21 кДж/моль) [62, 63]. Поэтому следует заключить, что образование комплекса химотрипсина с более объемной молекулой родамина 6G возможно лишь в результате конформационных изменений в молекуле фермента. Такой механизм (1.8) комплексообразования органических молекул с белками, по-видимому, весьма распространен. [c.31]

Изучение структуры, конформационных изменений, внутренней динамики сложных биополимерных молекул естественно требует применения методов зондирования с помощью чувствительных меток. В этом смысле спиновые метки подобны люминесцентным. [c.346]

Процессы гелеобразования белков обычно сопровождаются конформационными изменениями молекул, но ни в одной из приведенных работ, посвященных изучению конформационного состояния казеинов, не было проведено систематического исследования кинетики конформационных изменений казеинов в водных растворах, а также влияния таких факторов, как pH, температура, концентрация белка, что важно при исследовании гелеобразования. Кроме того, данные по влиянию температуры на конформацию макромолекул казеинов противоречивы, а данные по влиянию концентрации на оптическое вращение и изменение его во времени отсутствуют. [c.106]

Прежде чем начать изучение структурообразования в растворах яичного альбумина, исследовались конформационные изменения макромолекул в его растворах при условиях денатурации (при pH [c.125]

Явления на границе раздела фаз, содержащих макромолекулярные компоненты, приобретают все большее как теоретическое, так и практическое значение. Исследование механизма поверхностных явлений в таких системах позволяет выявить роль отдельных функциональных групп и конформационных изменений макромолекул в протекании межфазных процессов. Особый интерес представляет исследование адсорбции полимеров на границе раздела фаз. Несмотря на то что изучению этой проблемы посвящены многочисленные исследования, ряд вопросов, связанных с адсорбцией макромолекул на жидких границах раздела фаз, остается невыясненным. Сюда прежде всего следует отнести вопрос о конформационном состоянии макромолекул в адсорбционном слое. Дискуссионными также являются причины длительности достижения равновесных значений адсорбции и ее необратимости, с которой связано (как мы теперь знаем) развитие двухмерной структуры и прочности межфазного слоя. [c.155]

Первым по значимости методом определения структуры белков в нативном кристаллическом состоянии, несомненно, является рентгеноструктурный анализ. Действительно, сейчас даже трудно себе представить какой-либо другой метод, с помощью которого было бы можно определять тысячи параметров, необходимых для решения этой труднейшей, но интереснейшей задачи. Для изучения белков в растворах необходимы, однако, другие методы. В прошлом для определения конформаций белков и конформационных изменений, мест связывания субстрата с кофактором, изучения ферментативной специфичности и решения многих других вопросов, касающихся структуры и функции белков, применялись самые разнообразные химические и физические способы. С их помощью получен большой объем сведений. [c.347]

Другой механизм, значительно быстрее срабатывающий и тонко сбалансированный, заключается в воздействии на скорость и интенсивность одной или нескольких чувствительных ферментативных реакций. Иными словами, это механизм, действующий на уровне обмена веществ в собственном смысле слова. Обычно особенно чувствительны к этому общему регуляторному механизму начальные и завершающие реакции специфических метаболических цепей, т. е. те задающие скорость ферменты, о которых мы говорили выше. Часто бывает также, что эта регуляция, которая может быть как положительной активация), так и отрицательной ингибирование), осуществляется одним из конечных продуктов данной цепи реакций. По этой причине ингибиторный тип регуляции, который был открыт первым — при изучении торможения одного из начальных этапов биосинтетической цепи реакций конечным продуктом этой цепи,— был назван ингибированием по типу обратной связи, или ретроингибированием. Поскольку такое ингибирование первых этапов катаболизма (или противоположный процесс — активация) вызывается веществами, весьма далекими как в метаболическом, так и в структурном отношении от субстратов ингибируемых реакций, то можно предположить, что здесь имеют место аллостерические эффекты, т. е. конформационные изменения соответствующих ферментных белков, обусловленные наличием второго контактного участка, независимого от активного центра фермента. [c.277]

В двух описанных случаях существенным результатом было обнаружение связывания лигандов с ферментами и интерпретация наблюдаемых изменений эффекта парамагнитного усиления релаксации протонов воды как следствия конформационных изменений белка. Понятно, что было бы весьма желательно попытаться количественно охарактеризовать происходящие в системе изменения. Из уравнений (23.3) и (23.4) следует, что если можно определить тем или иным способом время релаксации ядер, связанных с парамагнитным ионом металла, а также время корреляции для процесса релаксации, то можно будет оценить и расстояние между ядром лиганда и ионом металла. Таким путем можно подойти к изучению структуры частиц в растворах, а также к установлению степени конформационных изменений. Хотя к настоящему времени уже изучен ряд систем, этот подход отнюдь не прост, и обычно приходится делать множество приближений, особенно при оценке времени корреляции. [c.387]

С субстратами, наблюдаются непосредственно — с помощью спектральных методов [43], метода электронного парамагнитного резонанса и других методов, позволяющих регистрировать конформационные изменения в белке. При изучении этой литературы, однако, очень важно помнить о принципиальном различии между фермент-субстратным аддитивным комплексом и промежуточным соединением, содержащим замещенную форму фермента. Установить такое различие удается обычно на основании кинетических данных (гл. VHI), но, если такие данные в работе не приводятся, говорить о том, что в ней показано образование комплекса Михаэлиса , как его иногда называют, можно лишь предположительно, пока не будет установлена истинная природа механизма. [c.64]

Изучение динамических свойств отдельных макромолекул, с одной стороны, является необходимым фундаментом для понимания и построения общей теории кинетики полимеров в массе, а с другой стороны, имеет самостоятельное значение как теоретическое, так и прикладное. Внутримолекулярная подвижность — это чувствительная (хотя и не всегда легко интерпретируемая) функция химической структуры отдельной макромолекулы, степени стереорегулярности внутрицепного ближнего и дальнего порядка (внутрицепной организации), она может служить чувствительным индикатором внутримолекулярных конформационных изменений. [c.263]

Рамановская спектроскопия все более интенсивно применяется для анализа биологических систем благодаря возможности изучения малых объемов и водных растворов. Конформационные изменения белков, нуклеиновых кислот и пептидов в липидах и мембранах можно легко отследить in situ (т. е. в естественном состоянии), поскольку вода почти неактивна в КР-спектре. Многие биологические образцы флуоресцируют, поэтому для получения КР-спектров следует применять КР-спектрометры с фурье-преобразованием (почему ). [c.197]

Обратите внимание, что константа, характеризующая равновесие между АХ и ВХ, является функцией трех других констант, а именно KiKbx/Ka x.- Теперь рассмотрим следующую ситуацию. Предположим, что в отсутствие X преобладает А, однако X более прочно связывается с В, чем с А. Тогда в равновесной смеси будут преимущественно присутствовать или свободный А, или ВХ (в меньших количествах будут находиться также АХ и В). Возникает интересный с точки зрения кинетики вопрос по какому из двух возможных путей будет протекать реакция перехода от А к ВХ [уравнение (44)] Первый вариант, рассматриваемый в модели Моно—Уаймена—Шанжё, предполагает, что X связывается только с В, небольшое количество которого присутствует в смеси в равновесии с А. Согласно второму варианту, X связывается с А, но АХ затем быстро переходит в ВХ. Можно сказать, что X вызывает (индуцирует) конформационное изменение в белке А, облегчающее состыковку . Именно на этом основана концепция Кошланда, известная под названием концепции индуцированного соответствия. Следует иметь в виду, что, зная константы равновесия, можно определить только равновесные концентрации всех четырех форм, присутствующих в уравнении (4-44). Однако при изучении метаболизма нас чаще интересуют скорости тех или иных реакций, а не равновесное состояние, а исходя только из данных для равновесной системы, а priori нельзя сказать, по какому из двух возможных путей будет реально протекать данная реакция. [c.298]

Остаток тирозина НС-2, расположенный на втором месте со стороны С-конца, является одним из немногочисленных инвариантных остатков в молекуле гемоглобина. Положение его сохранилось в процессе эволюции в гемоглобинах и миоглобинах всех изученных видов. В де-зоксигемоглобине тирозин НС-2 лежит как бы в кармане , образуемом Н- и F-спиралями, и связан водородной связью с карбонильной группой полипептидной цепи у остатка FG-5 (рис. 4-17 и 4-19). Перутц и его сотрудники обнаружили, что при оксигенации этот тирозин выходит из кармана, солевые мостики на концах молекул разрываются и субъединицы смещаются, образуя новую систему связей, характерную для оксигемоглобина. Оксигенация двух гемов (Перутц считает, что ими являются гемы а-цепей) приводит к кооперативному конформационному изменению всех четырех субъединиц [71, 72]. [c.307]

Каким образом присоединение О2 к гемовому железу вызывает конформационное изменение гемоглобина Как указано в гл. 10 (разд. Б.4), при связывании с кислородом атом железа в геме, по-видимому, смещается в плоскости гемогруппы приблизительно на 0,06 нм [73]. Это смещение передается через гистидин F-8, и спираль F смещается в сторону гема в результате происходит изменение третичной структуры, приводящее к ослаблению водородных связей в области а1р2-контактов и солевых мостиков между субъединицами. Несмотря на тщательные рентгеноструктурные исследования, детали механизма, инициирующего конформационные изменения при присоединении О2, остаются неясными. Необходимо иметь в виду, что разрешение, которое удается получить при рентгеноструктурном исследовании кристаллов белков, позволяет установить локализацию легких атомов с достаточной точностью, в результате чего механизм передачи кооперативных эффектов не поддается непосредственному изучению и его приходится выяснять, исходя из изменений третичной структуры субъединиц при атшеплении лиганда от Р(т. е. окси-)- или при присоединении его [c.307]

Второй важный случай кооперативных взаимодействий проявляется в системах, построенных из нескольких субъединиц, содержащих однотипные центры связывания лиганда Ь. В качестве детально изученного примера можно привести уже неоднократно упоминавшийся гемоглобин, содержащий четыре остатка гема, по одному на каждой из двух а- и двух /3-субъединиц, и тем самым способный связывать до четырех молекул Ог- Важной особенностью этой структуры является тот факт, что присоединение О2 к одной из субъединиц вызывает конформационное изменение не только в ней самой, но и в контактирующих с ней субъединицах, причем в результате этих изменений повышается их сродство к кислороду. Это существенно изменяет вид зависимости степени насыщения кислородом от его парциального давления по сравнению с гиперболической зависимостью, описываемой уравнением (3.12). Важно, что при этом зависимость становится значительно более благоприят1Юй для выполнеш я гемоглобином его основной биологической функции — переноса кислорода от легких к тканям живого организма. [c.121]

Конкретный механизм функционирования транслоказ при облегченной диффузии изучен недостаточно. Полагают, что после связывания переносимого вещества с белком-переносчиком происходит ряд конформационных изменений последнего, позволяющих связанное вещество с одной стороны мембраны транспортировать на другую по схеме (рис. 22.5). [c.309]

Выяснение механизма поверхностных явлений в таких системах позволяет выявить роль отдельных функциональных групп и конформационных изменений макромолекул в протекании межфазных процессов. Особый интерес представляет изучение адсорбции полимеров на границах раздела фаз. Хотя этому посвящены многочисленные работы, ряд вопросов, связанных с адсорбцией макромолекул на жидких границах раздела фаз, остается невыясненным. Так, прежде всего следует отметить, что неясным остается вопрос о конформадионном состоянии макромолекул в адсорбционном слое. Дискуссионными являются также причины длительности достижения равновесных значений адсорбции и ее необратимости на жидких границах раздела. [c.4]

Исследования влияния углеводородов на конформационное состояние макромолекул глобулярных белков проводились методами оптического вращения и его дисперсии, вискозиметрически, спектрофотометрически и по изучению кинетических параметров ферментативной активности, Вращение плоскости поляризации чрезвычайно чувствительно к изменению конформации белковых молекул. Правда, между оптической активностью и структурой белка нет простой и ясной зависимости, но значение оптической активности как характеристики степени конформационного изменения белков общеизвестно и играет большую роль при изучении процессов денатурации. [c.29]

Изучение зависимости удельного оптического вращения растворов казеина от температуры также позволяет проследить изменение конформации молекул казеина в водных растворах. Исследование проводилось в интервале температур 5—50° С. Температура повышалась со скоростью 1° за 10 мин. Измерения проводились через 5 суток, т. е. к тому времени, когда заканчиваются все процессы, связанные с конформационными изменениями. Из рис. 30 видно, что с увеличением температуры удельное оптическое вращение растворов всех трех казеинов уменьшается. Эта температурная зависимость обратима — при охлаждении от 50 до 5° С растворы вновь показывают высокое отрицательное значение. Следовательно, конформационные изменения молекул казеина тоже обратимы. Для определения энтальпии перехода упорядоченных участков (а-спираль и -структура) казеина в статистический клубок были вычислены константы равновесия К при разных температурах, а затем по углу наклона графика зависимости 1п К от 1/Т вычисли лнсь значения ДЯ-перехода. Расчеты показали, что для -казеина АН = —32 ккал/моль, а для нефракционированного и а-казеинов АН = —34 ккал/моль. Это указывает на большую роль водородных связей в скреплении упорядоченных участков макромолекул казеинов. [c.108]

В настоящее время имеется определенная информация о поведении ферментов и белков на поверхности ртутного электрода. Полярография на ртутном электроде — достаточно развитый способ изучения белков [32—37]. При адсорбции на поверхности ртути происходят существенные конформационные изменения белков. Молекулы биополимеров расплющиваются и растекаются по поверхности ртути, образуя монослой толщиной в одну полипептидную цепь [38—40]. Возникающая структура содержит большое число пор, допускающих диффузию низкомолекулярных реагентов к поверхности электрода. В работах [34, 36] наблюдали электрохимическое восстановление белков, содержащих геминовую простетическую группу, однако, как было показано, эта реакция протекает с участием слоя денатурированного и поверхностно адсорбированного белка [40]. [c.75]

Люминесцентные характеристики объекта необычайно чувствительны к изменению самой структуры и окружения люминесцирующих центров. Это обстоятельство делает флуоресцентный анализ удобным методом изучения структуры различных молекул, в том числе биополимеров. В подобных исследованиях анализируют все характеристики люминесцентного излучения квантовый выход, спектр люминесценции, поляризацию люминесценции, время жизни возбужденного состояния, миграцию энергии возбуждения и получают важные данные о структуре сложных биополимеров — белков, ДНК, РНК, ДНП и т. д. Кроме того, по изменению люминесценции в ходе опыта можно судить о конформационных изменениях люминесцирующих молекул и о ходе биохимических реакций, происходящих как in vivo, так и in vitro, причем если иззгчаемый объект обладает люминесценцией, то эти исследования можно проводить без нарушения целостности объекта. [c.288]

В самых первых работах по методу спинового зонда органические нитроксильные радикалы начали одновременно использоваться как в качестве спиновых меток, так и в качестве спиновых зондов в работе Мак-Коннелла с сотр. [6]— в качестве спиновых меток для изучения конформационных изменений полипептидов, а в работе Бучаченко и сотр. [7] — в качестве спиновых зондов для исследования молекулярной подвижности в органических жидкостях. С этих работ началось массовое использование метода для изучения разнообразных типов конденсированных сред. За последние годы опубликован целый ряд обзоров, посвященных различным применениям метода спинового зонда (см., например, [8-151). [c.6]

Одним из первых исследований в этом плане является изучение конформационных изменений молекул сывороточного альбумина в предденатурационном интервале температур с помощью спинового зонда АУ1, адсорбированного на молекуле бычьего сывороточного альбумина [132, 193]. [c.187]

В отсутствие легкодоступных оптически активных эфиров фосфорной кислоты ациклические тиофосфонаты и аналогичные эфиры фосфиновых кислот нашли широкое применение в качестве модельных соединений для изучения механизмов реакций замещения у атома фосфора. К сожалению, в процессе обработки реакционных смесей протекает рацемизация, что затрудняет интерпретацию получаемых результатов. Широкое распространение получили исследования конформационных изменений у атома фосфора в циклических эфирах, иногда в сочетании с исследованием изменения оптической активности фосфора. В результате этих работ получен обширный материал для различного рода предположений, однако необходимо подчеркнуть, что выводы, полученные при изучении циклических систем, могут оказаться неприменимыми к ациклическим системам, и наоборот. [c.48]

Два важных вопроса были выяснены при изучении равновесия мономер — тетрамер. Первый касается каталитической активности субъединиц. Фриден тш,ательно изучил условия образования тетрамера в зависимости от концентрации белка и убедился, что в очень разбавленных растворах, в которых глутаматдегидрогеназа проявляет ферментативную активность, фермент существует исключительно в форме субъединиц с молекулярным весом 300 ООО. Отсюда прямо следует вывод о том, что ферментативной активностью обладают именно эти субъединицы с молекулярным весом 300 ООО. Более мелкие субъединицы с молекулярным весом 40 ООО лишены ферментативной активности. Второй вопрос касается характера действия восстановленного НАДФ или, например, гуаниловой кислоты — соединений, препятствующих ассоциации крупных субъединиц. Как по1 азали исследования, выполненные также в лаборатории Фридена, эти вещества соединяются с субъединицами и, по-видимому, вызывают в них какие-то конформационные изменения, препятствующие ассоциации. [c.117]

Интересные экспериментальные результаты получены при изучении конформационных изменений белка, сопряженных с изменением pH и перераспределением зарядов на белковой глобуле. Как правило, инактивация ферментов существенно возрастает или замедляется в сильнокислых или щелочных растворах. В работе Клибанова, Мартинека, Березина (1974) проведено изучение кинетики инактивации химотрипсина под действием ультразвука. В диапазоне концентраций фермента 10 —10 М кинетика инактивации достаточно строго описывается одноэкспоненциальным уравнением типа (5.4), (5.9), (5.12) или (5.15) (рис. 38). Исследование кинетики инактивации а-химотрипсина ультразвуком показало, что скорость инактивации резко падает при кислых и ще- [c.97]

Все это показывает, как широко используется ультрацентрифугирование при изучении нуклеиновых кислот и биосинтеза белка. Ультрацентрифугирование незаменимо также при все более расширяющемся изучении смежных проблем — в частности при изучении механизмов регуляции ферментативных реакций. Метаболические потребности клетки удовлетворяются, как известно, благодаря тонкой согласованности скоростей различных биохимических последовательностей. Такая согласованность возможна благодаря чувствительности аллостерических ферментов к изменениям концентраций отдельных метаболитов, что в свою очередь зависит от конформационных изменений, вызываемых соответствующим метаболитом и, очевидно, передающихся путем взаимодействия субъединиц ферментного белка. Успехи, достигнутые в изучении свойств аллостериче-ского фермента — аспартат-карбамоилтрансферазы, хорошо иллюстрируют большое значение ультрацентрифугирования — особенно когда оно используется в сочетании с другими методами анализа. Так, Герхарт и Шахман [5] показали, что этот фермент, представляющий собой глобулярный белок с молекулярной массой около 3-10 , после обработки соединениями ртути распадается на субъединицы двух типов. Каталитической активностью обладают лишь субъединицы одного типа, в субъединицах же другого типа, не обладающих каталитической активностью, находится центр по которому происходит присоединение цитидинтрифосфата. С этой регуляторной субъединицей связывается 5-бромцитидин-трифосфат, о чем свидетельствует соответствующая картина седиментации. Позже Вебер [6] определил аминокислотный состав и Ы-концевые остатки субъединиц обоих типов и установил, что одна молекула фермента содержит четыре регуляторных и четыре каталитических субъединицы. [c.9]