Белки изменение свободной энергии

Изучение денатурационных переходов дает информацию, с одной стороны, о степени стабильности нативного белка (изменение свободной энергии), с другой—о кооперативности взаимодействий в белке (острота перехода). Эти характеристики не обязательно коррелируют друг с другом. [c.248]

Из таблицы видно, что энтропийный член —T AS играет в процессе гидратации значительную роль. Изменение AS гидратации имеет отрицательный знак, что указывает на упорядоченную структуру гидратной оболочки. Однако при набухании и растворении белков изменение свободной энергии превышает изменение энтальпии и энтропия этой системы начинает возрастать. [c.186]

Солюбилизация углеводородов в растворах глобулярных белков (см. табл. 9 и 10) сопровождается небольшими отрицательными изменениями свободной энергии и является, следовательно, самопроизвольным, термодинамически выгодным процессом. [c.37]

Уравнения (27) и (И, 14) показывают, что скорость химической реакции определяется изменением свободной энергии активации, а не теплотой активации, т. е. что необходимо учитывать изменение энтропии активации. Во многих газовых реакциях, в которых участвуют относительно простые молекулы, А5 невелико. В этом случае (но и только в этом) скорость реакции определяется теплотой активации. Если велико, то при большой теплоте активации изменение свободной энергии активации может быть мало, как, например, при денатурации белков и дезактивации энзимов (табл. 3). [c.59]

В отличие от биосинтеза белков, для которого необходимо наличие высокоорганизованных клеточных структур и требуется большое количество энергии, распад белков до аминокислот идет при незначительном изменении свободной энергии системы для распада белков не только не требуется энергия извне, но, наоборот, при этом даже выделяется некоторое количество энергии. Для распада не является необходимым и сохранение целостности клеточных структур. Напротив, при нарушении структуры клетки протеолитические ферменты переходят из адсорбированного состояния в растворенное, благодаря чему [c.301]

Мы описали три возможные причины появления аномальных значений рКа, находимых из кривых титрования. На практике, однако, часто бывает очень трудно разделить эти три эффекта, и приходится прибегать к данным о теплоте реакции, энтропии и изменении свободной энергии. Если экспериментальная кривая титрования отличается от кривой, построенной в соответствии с уравнением (V. 4), в котором учтен заряд молекулы, то это можно объяснить либо влиянием гидрофобного ядра, либо возникновением водородных связей молекулы. Эти два случая особенно трудно различимы, так как они часто дают эффект одного знака. Ионизация кислотной группы, находящейся в гидрофобном ядре молекулы, будет протекать при более высоких значениях pH, чем обычно, как из-за пониженного значения диэлектрической проницаемости, так и вследствие образования водородных связей. Аномальную ионизацию белков чаще всего объясняют образованием водородных связей. В последнее время усиленно подчеркивается влияние неполярного гидрофобного ядра. Аномальные кривые часто наблюдаются при титровании карбоновых групп кислот или фенольной группы тирозина — как раз тех групп, которые, как уже было показано, наиболее чувствительны к понижению диэлектрической проницаемости окружающей среды. Если аномальную ионизацию аммонийных групп не удается объяснить наличием заряда молекулы, то весьма вероятно, что она вызывается образованием водородной связи. [c.109]

Свободная энергия. Изменение свободной энергии при гидратации определяют из изотерм сорбции воды [2]. Эти измерения показывают, что процесс гидратации протекает в несколько стадий. В типичном случае на изотерме имеется колено при относительном содержании воды 0,05 г/г белка или при относительном давлении паров воды, равном 0,1. Это колено соответствует связыванию сильно взаимодействующей воды с за- [c.115]

Взаимодействие воды с белками можно эффективно изучать, используя твердые образцы, так как это позволяет контролировать активность воды. Для многих белков и молекул близкого строения были получены изотермы сорбции воды, что дает возможность определить изменение свободной энергии и энтальпии при различных уровнях гидратации. Измерения теплоемкости, выполненные во всем диапазоне составов системы, позволяют сопоставить результаты исследований, проведенных на частично гидратированных твердых образцах, с одной стороны, и в разбавленном растворе — с другой. Результаты измерений термодинамических свойств позволяют выделить отдельные стадии гидратации и нарисовать общую картину процесса. При построении такой картины использованы результаты других статических измерений, в частности данные ИК-спектроскопии, и результаты кинетических измерений, например данные по спектрам ЭПР и по ферментативной активности. Ферментативная активность проявляется еще до окончания формирования многослойного покрытия, и ее увеличение связано, по-видимому, с конденсацией. Кинетические свойства твердого белка продолжают изменяться выше уровня гидратации (около 0,4 г во-да/г белка), который достаточен для установления уровня термических свойств, характерного для разбавленного раствора. Обсуждена структура твердого белка в зависимости от уровня гидратации. [c.135]

Для выяснения причин различной прочности межфазных адсорбционных слоев белков на разных углеводородных границах исследовалось взаимодействие этих же углеводородов с белками в водном растворе (солюбилизация углеводородов) [24]. Было установлено, что взаимодействие белков с углеводородами в водных растворах является самопроизвольным обратимым процессом, механизм которого заключается в распределении углеводорода между неполярными областями макромолекулы белка и водой. Вычислено изменение свободной энергии при связывании углеводородов, которое составляло 2— [c.48]

С количественной стороны изотермы сорбции позволяют вычислить изменение свободной энергии теплосодержания и энтропии (в результате протекания процесса). Впервые это было сделано для целлюлозы, каучука и др. Булл [20], а также Дол и Мак-Ларен [21] выполнили соответствующие расчеты для белков. Известно, что химический потенциал жидкости равен химическому потенциалу ее насыщенного пара. Поэтому изменение парциальной молярной свободной энергии Гиббса или химического потенциала при переходе воды из жидкого состояния (в котором ее химический потенциал равен чему соответствует давление пара р°) в состояние адсорбции в смоле (парциальное давление р) дается уравнением [c.108]

О — белок, содержащий два центра связывания и концентрация свободной формы этого белка Оа — общая концентрация белка, содержащего два центра связывания ДО — изменение свободной энергии ДО — свободная энергия реакции ДО — свободная энергия активации А — постоянная Планка ДЯ= — энтальпия активации А — анодный ток Ск — катодный ток [c.338]

Как и при интерпретации влияния солей на водные растворы, основное внимание следует обращать на изменение свободной энергии системы при добавлении неполярных веществ к водным растворам интерпретация этого явления непосредственно с точки зрения структурной модели может оказаться ошибочной. Так, структурная модель дает приемлемое объяснение солюбилизации гидрофобных соединений под действием спиртов алкилзамещенных аминов и мочевин. Если одно растворенное вещество увеличивает структурированность раствора, можно было бы ожидать, что оно должно облегчать введение молекул другого подобного вещества. С другой стороны, структурирующая способность вещества совершенно необязательна для того, чтобы оно было в состоянии солюбилизировать гидрофобные соединения в воде. Уже отмечалось, что один из возможных механизмов денатурации белков и нуклеиновых кислот под действием мочевины заключается в стабилизации гидрофобных боковых цепей аминокислот и оснований нуклеиновых кислот при увеличении их контакта с растворителем, что проявляется в увеличении растворимости и уменьшении коэффициента активности этих групп в присутствии мочевины [31, 32, 35]. Спирты, ацетон и подобные им вещества разрушают гидрофобные связи и способствуют денатурации аналогичным образом. Однако мочевина, вероятно, не обладает структурирующим действием, по крайней мере в том смысле, как это понимается для неполярных молекул мочевина очень слабо влияет на большинство свойств воды и либо практически не изменяет структуру воды, либо, из данных по поглощению ультразвука, несколько ее разрушает [85]. Данные по энтальпии и теплоемкости растворов веществ с гидрофобными группами, а также исследования спектра ультразвуковой релаксации полиэтиленгликоля в воде и растворах мочевины указывают на то, что энергетически более благоприятное взаимодействие гидрофобных групп с мочевиной, чем с водой, связано с уменьшением структурированности воды вокруг гидрофобных групп [85, 86]. Таким образом, разрушение гидрофобных связей под действием мочевины или спирта нельзя объяснить одним и тем же механизмом с точки зрения структуры растворителя, хотя по свободной энергии эффекты соединений этих двух типов одинаковы. Возможно, что мочевина создает более благоприятное окружение для гидрофобных групп, находящихся в пустотах струк- [c.328]

Рис. III. 16. Профили изменений свободной энергии белков дикого и мутантного типов вдоль координаты ренатурации белковой цепи [110]

Термодинамические и кинетические экспериментальные исследования механизма ренатурации (денатурации) нативного белка и мутантов определение констант равновесия и скорости процессов расчет изменений свободной энергии стабильных структур, промежуточных и переходных состояний построение энергетических профилей путем свертывания белковых цепей дикого и мутантного типов. [c.392]

Рис.11. Корреляция изменений свободной анергии переноса боковой цепи аминокислотных остатков (12 белков) из внутренних частей белковой глобулы на ее поверхность (дО ) с изменением свободной энергии переноса остатка из вакуума в воду (ДО ) при pH 7 [120]

Разработанный Ферштом эмпирический подход к изучению термодинамических и кинетических аспектов свертывания белковой цепи с привлечением сайт-направленного мутагенеза позволил автору и сотрудникам проанализировать все этапы формирования трехмерной структуры белка (барназы), не содержащего дисульфидных связей [31-33]. Изучение обратимой денатурации начинается с тщательного визуального анализа трехмерной структуры белка с целью выявления остатков, которые предположительно могут играть важную роль в структурной стабилизации и кинетике свертывания. Следующий этап заключается в модификации потенциально важных для сборки межостаточных взаимодействий путем специальных химических изменений белковых цепей актуальных остатков и сайт-направленного мутагенеза. Завершается этап составлением оптимального набора и его синтеза методами генной инженерии. Далее проводятся термодинамические и кинетические экспериментальные исследования механизма ренатурации (денатурации) нативного белка и мутантов, определения констант равновесия, констант скорости и величин изменений свободной энергии Гиббса стабильных структур, промежуточных и переходных состояний. Найденные значения используются для построения энергетических профилей путей свертывания белковых цепей дикого и мутантного типов. На их основе определяются разностные энергетические диаграммы, которые показывают различия в уровнях энергии всех состояний на пути свертывания белка и мутантов. Реализация описанной процедуры приводит к эмпирическим зависимостям между важными для свертывания белковой цепи взаимодействиями боковых цепей и параметрами, по мысли Фершта, характеризующими кинетику, равновесное состояние и механизм ренатурации [И]. Каждая мутация, которая в [c.87]

Эфиры аминокислот. Стандартные свободные энергии гидролиза эфиров аминокислот, являющихся важными промежуточными продуктами при биосинтезе белков, сравнимы с энергией гидролиза АТФ. Следует отметить, что, нанример, свободная энергия гидролиза этилового эфира глицина до свободной аминокислоты составляет почти такую же величину, как и АС реакции гидролиза этилацетата. Однако из-за высокой кислотности глицина (р,ЛГ(1 — 2,3) по сравнению с уксусной кислотой (piia = 4,76) стандартная свободная энергия гидролиза эфира аминокислоты при pH 7 и 25° больше соответствующей величины для этилацетата на 298-1,98-2,3-Ар Сд = —3300 кал моль. Хотя такое деление реакции гидролиза эфира ири pH 7 на реакцию гидролиза до свободной аминокислоты и ионизацию кислоты удобно при расчете изменений свободной энергии, было бы неверным считать, что большие изменения свободной энергии, сопровождающие гидролиз сильных кислот, обусловливаются высоким значением АС ионизации. Свободная энергия является функцией состояния, т. е. не зависит от произволь- [c.38]

Известно, что важнейшие процессы с участием белковых молекул регулируются их окружением. Например, Брюс и Тернер [1] при исследовании модельной ферментативной реакции показали, что при переходе от воды к водно-диоксановому раствору скорость атаки сложных эфиров замещенных фенолов карб-оксилат-ионом изменяется па 4—6 десятичных порядков. Хотя в отношении значения роли растворителя в подобных процессах мнение исследователей единодушно, до сих пор остаются непонятными основы контролирующего влияния растворителя. Наш интерес к этой проблеме обусловлен желанием установить зависимость между структурой активных центров, которая следует из рентгенографических данных, и термодинамикой связ-зывания субстратов и их аналогов. Трудность изучения термодинамики реакций с участием белков видна на примере складывания молекулы белка при связывании с аналогом субстрата (табл. 6.1). Эти реакции характеризуются различиями в величине поверхности контакта более чем на порядок, тогда как различия в изменении свободной энергии и энтальпии невелики. Хотя пути участия растворителя не могут служить отправной [c.114]

Поэтому казалось бы, что, в случае таких высокомолекулярных веществ как полимеры, изменение свободной энергии при растворении должно практически целиком определяться изменением внутренней энергии. Эти и аналогичные рассуждения и привели к упомянутоп выше серьезной дискуссии по вопросу о том, действительно ли процесс растворения полимеров полностью регулируется значениями изменений внутренней энергии. Для разрешения вопроса были поставлены экспериментальные исследования растворимости ряда важнейших полимеров, а именно, целлюлозы и ее производных ряда белков и др. [c.146]

Использованный авторами бычий сывороточный альбумин содержал тринадцать введенных групп фениларсиновой кислоты на молекулу белка. Авторы определили величину АР° она оказалась равной —5,2 ккал/моль. На основании приведенных выше рассуждений можно вычислить величину изменения свободной энергии связи [c.168]

Гидроксильная, сульфгидрильная, амидная и другие нсиони-зированные полярные или способные к поляризации группы белковых молекул соединяются с полярными или с ионными группами других молекул при помощи электростатических сил. Многие лекарства, в том числе сульфамиды, также присоединяются к белковым молекулам посредством этих же связей. Изменение свободной энергии при соединении белков с сульфамидами равно Д/ = 4 000—5 ООО /сал/л 0лб [41]. Пространственное расположение полярных группировок, вступающих в связь, оказывает большое влияние на силу связи. Чем лучше пригнаны друг к другу оба партнера, вступающие в соединение, тем меньше будет меж-молекулярное расстояние между ними и тем сильнее окажется взаимное притяжение между их ионными или полярными группами [4]. Взаимное притяжение между антигенами и специфическими для них антителами обусловлено именно этим типом связи, — взаимным притяжением поверхностей, дополняющих друг друга (см. гл. XIV). [c.226]

В дальнейшем подобная компенсационная зависимость между энергией активации и lg Р2 (А5 в теории абсолютных скоростей реакций) изучалась Хиншельвудом, Лейдлером, Эйрингом и др. исследователями [234, 235]. Интересно отметить, что представления о компенсационном эффекте не противоречат выводам из теории абсолютных скоростей реакций, так как, согласно этой теории, скорость реакции определяется не просто теплотой активации, а изменением свободной энергии [147], при определении которой учитывается и изменение энтропийного фактора. В качестве одного из типичных примеров на стр. 424 монографии по теории абсолютных скоростей реакций [147] рассматриваются кинетические данные по денатурации белков [236, 237]. Несмотря на исключительно высокие температурные коэффициенты этих реакций, соответствующие энергиям активации примерно 100 ккал и больше, реакции протекают с заметными скоростями даже при обычной температуре. Кроме того, как видно из табл. 18, несмотря на то что теплота активации АН изменяется в пределах 50—100 ккал, константы скорости реакции меняются незначительно. Это объясняется тем, что исключительно высокие энергии активации в значительной степени компенсируются сильным возрастанием энтропии в процессе активации [147], в результате чего АР+ остаются почти постоянными и сравнительно небольшими, что приводит, согласно теории абсолютных скоростей реакции, к малоизменяющимся и относительно высоким константам скоростей реакций. [c.532]

Р. Ламри и Р. Билтонен приводят следующие термодинамические характеристики устойчивости химотрипсина, которые авторы считают типичными для глобулярных белков [20]. Свободная энергия развертывания белка при pH 3,0 и 27° равна около 7,0 ккал/моль (при pH 7,0 равна 14,0 ккал/моль). Эта величина складывается из изменения энтальпии в 6,0 ккал/моль, которая включает изменение энергии внутримолекулярных (-183,0 ккал/моль) и межмолекулярных (123,0 ккал/моль) взаимодействий, и изменения энтропии в 170 ккал/ (моль-град). Энтропийный фактор (-ТД8) также имеет два члена конформационный, внутренний (-363 ккал/моль), и гидрофобный, внешний (320 ккал/моль). [c.347]

С. 6]. Наблюдаемые факты могут получить в методе Фершта однозначные трактовки при непременном соблюдении условия, что все замены в 64 отобранных мутантах соответствуют "ненарушающим делециям", т.е. являются идеальными. Только в этом случае изменения свободной энергии искусственных аналогов по отношению к энергии естественного белка будут подчиняться правилу аддитивности и, следовательно, отвечать представлению общей энергии в виде суммы парциальных энергетических вкладов атомных групп, значения которых не зависят от места мутации и природы боковой цепи. Ситуация здесь в принципе аналогична той, которая в свое время сложилась при попытке представить молекулярную рефракцию как аддитивную сумму рефракций отдельных атомных групп. Эксперимент подтвердил реальность такого представления. [c.397]

Предположение о возможности аддитивного представления энергии обратимой денатурации белка впервые сделано, правда, в неявной форме, в работах Фершта и соавт. [ПО, 137]. Рассмотрим насколько оно справедливо в самых благоприятных случаях, т.е. при заменах, названных Ферштом "ненарушающими делециями и отнесенных к идеальным мутациям. Результаты экспериментального исследования стабильности соответствующих мутантов представлены в табл. III.2. Прй соблюдении правила аддитивности одинаковые мутации должны приводить к одним и тем же или достаточно близким величинам изменений свободной энергии развертывания цепи, а величина ДДОц в случае Пе —> Ala должна приблизительно равняться сумме изменений энергии ДДОц, вызванных заменами Пе на Val и Val на Ala. В действительности, опытные значения ДДО попадают в перекрывающиеся [c.397]

В табл. П1.4 приведены величины изменений свободной энергии денатурации мутантов, полученных заменой одного остатка нативного белка на существенно отличающиеся по химическому и пространственному строению остатки (Thr X, Туг X) или заменой различных по своей природе остатков на глицил (X —> Gly). Данные этой таблицы, в отличие от предыдущей, скорее удивляют близостью значений ДДОр у мутантов, имеющих столь разные остатки. [c.398]

Для всех перечисленных соединений константы равновесия комплексообразования составляют около 1.10 -1 10 М, что соответствует изменению свободной энергии 4,2-5,5 ккал/моль. Величина энтальпии комплексообразования, например ацетилтриптофана с химотрипсином, составляет -9 ккал/моль [24693. Таким образом, наблюдаемая энергия комплексообразования, по-видимому, намного ниже, чем та энергия, которая получается расчетным путем при суммировании всех взаимодействий белка и лиганда. [c.302]

Выше уже указывалось, что вода — растворитель нативных белков — охотно участвует в формировании водородных связей. Следовательно, уместен вопрос об изменении свободной энергии в реакщ1и [c.258]

Оценить вклад ионных взаимодействий в стабилизацию нативной структуры белка довольно трудно. Рассмотрим изменение свободной энергии, связанное с приведением в контакт двух противоположно заряженных ионов (см. Kauzmann, 1959). Определим разность АС между свободными энфгиями конечного состояния, в котором заряды сближены до расстояния, равного сумме их ионных радиусов (когда они вступают в контакт), и начального состояния, в котором заряды разнесены настолько далеко, что энфгия их взаимодействия пренебрежимо мала. Это изменение свободной энергии есть просто работа, которую нужно совершить над системой зарядов, чтобы привести их в соприкосновение. Для зарядов противоположных знаков эта работа отрицательна и равна [c.269]

В табл. 15.1 приведен ряд величии изменения свободной энергии взаимодействия для связывания двух различных лигандов с некоторыми белками. Обнаружено, что свободная энергия взаимодействия имеет как положительное, так и отрицательное значение, что соответствует антагонистическому и кооперативному эффектам. Все найденные величины свободной энергии лежат в интервале от О до 2,5 ккал/моль. Следует отметить, однако, что полученные данные не многочисленны и дальнейшие исследования, по-вцднмому, расширят область значений ДС 2- По крайней мере в некоторых случаях энергия взаимодействия достаточно велика, чтобы вызвать вполне заметное изменение кривых насыщения макромолекулы лигандом, которое можно было ожидать на основании графика на рис. 15.9. Примеры изменения кривых насыщения демонстрируются в гл. 17, где обсуждается взаимодействие лигандов прн их связывании с аспартат-карбамоилтрансферазой и гемоглобином. [c.31]

Недавно нами предложен общий механизм ассоциации и диссоциации комплексов типа антитело—антиген или фермент — ингибитор, учитывающий динамические свойства белка и его взаимодействие с водой. В случае иммуноглобулинов считается, что активный центр и другие неполярные полости IgG между вариабельными и константными доменами РаЬ-фрагментов, между субъединицами IgG и между доменами Рс-фрагментов могут скачкообразно переходить из открытого состояния в закрытое и, наоборот, с вытеснением или сорбцией определенного количества воды. Соответствующие изменения свойств воды рассматриваются как переход, близкий к фазовому первого рода (т. е. без изменения свободной энергии, но со скачкообразным изменением энтальпии, энтропии и теплоемкости). Тем самым предполагаются высокая степень упорядоченности молекул воды в открытых белковых полостях и строгие требования к геометрии и свойствам полостей в таком состоянии. Разница в свободных энергиях воды, находящейся в открытой полости в неупорядоченном и квазикристаллическом состоянии, названа кластерфильным взаимодействием (Кяйвяряйнен, 1975а, б). [c.36]

Транспорт молекул и ионов через биологические мембраны осуществляется трансмембранно ориентированными белками, которые формируют каналы. Транспорт является пассивным, если АО для транспортируемого компонента отрицательно в случае активного транспорта величина АО положительна. Изменения свободной энергии зависят от соотнощения концентраций транспортируемого компонента по двум сторонам мембраны и от мембранного потенциала, если мембрана заряжена. Активный транспорт требует вклада свободной энергии. Наиболее распространенная система транспорта в животных клетках-(Ыа + К )-насос, который выводит из клетки три иона Ма и насасывает в оетку два иона за счет энергии гидролиза одной молекулы АТР. В присутствии Ыа АТР фосфорилирует аспартатную боковую цепь в а-субъединице этого ферментативного комплекса с субъединичным составом Образовавшееся фосфори- [c.324]

На стадии 2 в механизме (4.41) происходит фактически более эффективное термодинамически выгодное гидрофобное взаимодействие между ферментом и субстратом. Однако этот процесс не приводит к более про чному связыванию субстрата на ферменте, поскольку сопровождающие его термодинамически невыгодные конформационно-сольвата-ционные изменения в белке протекают полностью за счет потенциальной свободной энергии сорбции (гидрофобного взаимодействия). [c.156]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология