Белки складывание цепей

В конце 40-х — начале 50-х годов нашего века химикам удалось обстоятельно проанализировать с помощью метода бумажной хроматографии смеси аминокислот, полученные при расщеплении ряда белков. В результате удалось установить общее число остатков каждой аминокислоты, содержащихся в молекуле белка, однако порядок расположения аминокислот в полипептидной цепи при этом определить, естестве шо, было нельзя. Английский химик Фредерик Сенгер (род. в 1918 г.) изучал инсулин — белковый гормон, состоящий примерно из пятидесяти аминокислот, распределенных между двумя взаимосвязанными пол и пептидными цепями. Сенгер расщепил молекулу на несколько более коротких цепей и проанализировал каждую из них методом бумажной хроматографии. Восемь лет продолжалась кропотливая работа по складыванию мозаики , но к 1953 г. был установлен точный порядок расположения аминокислот в молекуле инсулина. Позднее таким же способом было установлено детальное строение даже больших молекул белка [c.130]

В отличие от жесткого каркаса активной группы порфириновых ферментов активные участки железо-серосодержащих белков образуются в результате складывания пептидной цепи, т. е. эти белки способны приспосабливаться к конфигурации субстрата. [c.366]

Под вторичной структурой белка подразумевают конфигурацию полипептидной цепи, т. е. способ свертывания, скручивания (складывание, упаковка) полипептидной цепи в спиральную или какую-либо другую конформацию. Процесс этот протекает не хаотично, а в соответствии с программой, заложенной в первичной структуре. Подробно изучены две основные конфигурации полипептидных цепей, отвечающих структурным требованиям и экспериментальным данным а-спирали и 3-структуры. [c.60]

Домен—это компактная глобулярная структурная единица внутри полипептидной цепи. Домены могут выполнять разные функции и подвергаться складыванию (свертыванию) в независимые компактные глобулярные структурные единицы, соединенные между собой гибкими участками внутри белковой молекулы. Открыто много белков (например, иммуноглобулины), состоящих из разных по структуре и функциям доменов, кодируемых разными генами. [c.63]

Синтез белковых молекул можно рассмотреть по стадиям. Первая стадия заключается в активировании аминокислоты, которая должна присоединиться. На второй стадии активированные аминокислоты соединяются в определенной последовательности в пептидную цепь. На третьей стадии происходит специфическое пространственное складывание каждой белковой молекулы. По Полингу и Корей (1951) полипептидные цепи во многих глобулярных белках частично представлены а-спи-ралями. На каждый виток спирали приходится 3,7 остатка аминокислот, которые связаны водородом между NH- и СО-группами. [c.93]

Молекула белка состоит из одной или более полипептидных цепей (см. статью III настоящего тома и статью II т. II). Основой для изучения структуры белковой молекулы являются данные о количестве каждого из аминокислотных остатков, последовательности их расположения в каждой из пептидных цепей (которые могут быть, а могут и не быть одинаковыми), а также о пространственном строении молекулы, обусловленном складыванием или свертыванием полипептидных цепей и их положением по отношению друг к другу. Биологические, химические и физические свойства белка определяются структурой белковой молекулы в целом. Эти свойства зависят, часто в значительной степени, от наличия в молекуле небелковых частиц, более или менее прочно связанных с полипептидными цепями. [c.7]

Поразительный прогресс, достигнутый за последние годы в приложении методов структурного анализа к исследованию монокристаллов, состоящих из больших молекул глобулярных белков, дал возможность, точно установить форму этих молекул. Во время работы над монографией были опубликованы данные по детальному анализу миоглобина [31—33], гемоглобина [341, химотрипсиногена [35] и лизоцима [36], молекулярный вес которых составлял 17 ООО, 68 ООО, 25 ООО и 13 ООО соответственно. Изучение структуры миоглобина уже достигло такого уровня, что позволяет установить положение остатков аминокислоты в полипептидной цепи. По всей вероятности, точные данные о форме молекулы вскоре будут получены и для некоторых других белков. На рис. 4 показана общая форма молекулы миоглобина, установленная в результате этих исследований. Детали дал<е этого изображения, полученного при сравнительно невысоком разрешении, намного превосходят данные, которые можно было бы получить при исследовании растворов макромолекул, что в самом лучшем случае позволяет определить лишь ограниченное число параметров, характеризующих форму растворенной частицы. Тем не менее это не означает, что изучение формы глобулярных белков с помощью различных методов исследования растворов в настоящее время устарело. Прежде всего на форме молекул глобулярных белков до некоторой степени, вероятно, сказывается взаимодействие этих молекул. Это подтверждает большая разница (до 50%) объемов, содержащих одну молекулу химотрипсиногена в различных кристаллических формах [35], что позволяет сделать предположение о существенном различии в складывании полипептидной цепи . Следует надеяться, что [c.31]

Белки, построенные из длинных и гибких полипептидных цепей, обладают неограниченными возможностями пространственной организации, сворачивания или складывания в более или менее компактные частицы. Однако четкая индивидуальность биологических функций каждого конкретного типа белковой молекулы, непосредственно связанная с уникальностью первичной структуры данного белка, свидетельствует о том, что природой осуш ествляется только один из всех возможных способов пространственной организации (или несколько близких), одна нативная конформация полипептидной цепи (или цепей) молекулы белка. [c.144]

Полимерные цени, к которым относятся указанные выше замечания, могут принимать множество форм беспорядочных клубков , ни одна из которых не обладает какими-нибудь преимуществами перед другими. Однако ограниченный класс линейных цепных молекул способен принимать в растворе строго определенные конформации, соответствующие свернутым в спираль стержневидным структурам. Такое поведение типично для некоторых белков, нуклеиновых кислот и их синтетических аналогов. Переход формы цепи из беспорядочного клубка в спиральную конформацию можно рассматривать как одномерный аналог кристаллизации, и, таким образом, значение принципов, лежащих в основе такого явления, выходит за рамки профессиональных интересов химика, имеющего дело с полимерами. Кроме того, очевидно, что только большие молекулы с такими точно определенными пространственными соотношениями, какие, например, следуют из упорядоченных конформаций белков и нуклеиновых кислот, могут проявлять высокую специфичность молекулярных взаимодействий, являющихся неотъемлемой частью жизненных процессов. Это соображение, несомненно, послужило причиной огромных усилий, затраченных в последние годы на детальное выяснение условий, способствующих стабилизации упорядоченных образований в растворах полипептидов и полинуклеотидов. Возникающая в связи с этим проблема опреде-.ления сил, ответственных за складывание полипептидных цепей, состоящих из спиральных и неспиральных участков, в своеобразную третичную структуру нативных белков (см. раздел В-5) остается предметом будущих исследований. [c.86]

Для ответа на этот вопрос необходимо обратиться к современным представлениям о структуре белков, характере складывания в них непрерывной полипептидной цепи. В каждом белке есть несколько функциональных центров для связывания субстрата, для взаимодействия с коферментами, с регуляторными молекулами, с мембранами клетки и т. д. Каждый функциональный центр обычно представлен полуавтономным участком специфически уложенной полипептидной цепи — доменом (рис. 2.7). [c.37]

Здесь важно провести различие между ближними и дальними взаимодействиями. Взаимодействия атомов и групп, соседних или расположенных недалеко друг от друга вдоль белковой цепи, называются ближними. Именно они обсуждались выше. Взаимодействия между группами, расположенными в разных местах цепи, называются дальними, они происходят только тогда, когда при складывании молекулы такие группы сближаются в пространстве. Данный параграф посвящен в основном чрезвычайно важным для понимания конформаций белков ближним взаимодействиям. [c.242]

Третичная структура глобулярных белков образуется путем дополнительного складывания пептидной цепи, содержащей а-спирали, (3-структуры и участки без периодической структуры. Это происходит прежде всего в результате взаимодействий между боковыми группами аминокислот. [c.30]

Затем был найден противоположный случай мутант P и его ревертант оказались разделенными на генетической карте расстоянием порядка половины протяженности всего цистрона. Соот-ветстпелно были найдены в картине отпечатков пальцев 2 различных полипентидных фрагмента, измененных по сравнению с белками дикого типа. В рассматриваемом случае расстояние между измененными звеньями полипептидной цепи близко к по-.ловине ее длины. Интересной представляется возможность исправить повреждение в белке, затрагиваюш ее его ферментативную активность, с помогцью второго изменения в достаточно удаленном звене цепи. На первый взгляд, подобный факт противоречит положению об активном центре фермента. Однако такое заключение является поверхностным. Активный центр фермента содержит функциональные группы, достаточно удаленные друг от друга по полипептидной цени, но сближаемые вследствие складывания цепи во вторичной и третичной структуре. Именно благодаря этому обстоятельству повреждение цепи, отражаюш,ееся на третичной структуре (например, введение заряженной боковой группы), может разрушить активный центр фермента, а новое изменение, восстанавливающее первоначальную третичную структуру, может произойти совсем в другом звене цепи. Возможность бесконечно варьи- [c.419]

Сведения о дихроизме коллагена, выделенного из хвостового сухожилия мыши [45], помогли отвергнуть некоторые модели складывания цепи в этом фибриллярном белке. Как видно из рис. 4.11, этот спектр по характеру подобен спектру вытянутого полипептида. Ориентированная желатина дает аналогичный спектр [3]. Дифракционная картина рентгеновских лучей коллагена предполагает поступательное перемеш,ение пептидной единицы вдоль оси спирали на 2,86 A (ср. с 3,6 А в полностью вытянутой форме). Распространенные модели для коллагена [114] предполагают слегка скрученную цепь, которая сохраняет особенности дихроизма р-формы белка. Частота NH-валентного колебания (3330 см ) та же, что и для иг эакс-формы амидной группы, г мс-форма (которая была предложена одно время в модели для коллагена) имеет более низкую частоту. [c.104]

Белки характеризуются поэтому структурной и оптической изомерией и, кроме того, пространсгвенной конфигурацией молекулы, возникающей в результате определенного складывания пептидных цепей. Такая пространственная конфигурация молекул получила название конформации. Вероятно, конформацией молекулы объясняется еще одна особенность белков —их повышенная лабильность (неустойчивость), легкость превращения глобулярных белков в фибриллярные, легкость денатурации, выражающаяся в потере белком способности растворяться. [c.434]

Применение вычислительных методов длительное время также не давало существенно лучших результатов даже и после установления того фундаментального факта, что процессы формирования белков являются обратимыми. Постулат о том, что собственно последовательность аминокислот в белке лежит в основе определения его пространственной структуры, а результирующая конформация белка в целом должна соответствовать минимуму свободной потенциальной энергии, не облегчил в заметной мере вычислительную задачу. Неизмеримые трудности состоят в том, что вследствие огромных размеров молекул белков имеется астрономически большое число их возможных конформаций. Поэтому потребовались бы многие годы компьютерного времени, чтобы сравнить их энергии. Решение вычислительной задачи стало возможным с разработкой программы LINUS. Эта программа основана на гипотезе иерархической конденсации . Согласно этой гипотезе, соседние участки цепи белка взаимодействуют во время ее складывания и образуют локальные фрагменты, которые затем ассоциируют в более крупные структуры. Процесс продолжается в иттерационном режиме до формирования конечной третичной структуры. Фундаментальное отличие программы LINUS от предшествующих программ заключается в том, что, согласно гипотезе иерархической конденсации , сложенный белок необязательно достигает состояния глобального минимума энергии (самое низкое из возможных состояний энергии), а оказывается в состоянии локального минимума (самое низкое из достижимых состояний энергии). Применение указанной программы позволяет объективно предсказывать и вторичную, и третичную структуру белка. [c.532]

До недавнего времени специалисты по вопросам структуры макромолекул полагали, что белки (а также, возможно, монослои липидов) связываются друг с другом в основном благодаря водородным связям. В белках водородная связь, как правило, образуется между атомом кислорода карбонильной группы и атомом водорода амидной группы и возможна она при межатомных расстояниях, не превышающих 2 А. Такие расстояния возникают при наложении полипептидной цепи на соседние цепи или при ее складывании на себя. Полагают, что в комплексах белков с липидами группы, способные к образованию водородных связей, обладая выраженной полярностью, ориентируются таким образом, чтобы расположиться [c.48]

Наиболее прочными связями, которые оказывают влияние на складывание основной пептидной цепи, являются дисульфидные связи (см. схему молекулы белка инсулина на рис. 26). Не все атомы серы в белках представлены в дисульфидной форме. В виде тиогрупп они могут выполнять другие функции, например, связывать атомы металлов или участвовать в ферментах для их активации. [c.79]

В соответствии с классификацией, предложенной Линдерштрем-Лан-гом [41 ], структуру белков удобно подразделить на три типа первичная структура характеризует ковалентные связи и последовательность остатков аминокислот в полипептидных цепях, вторичная структура — складывание полипептидиых цепей в упорядоченные структурные элементы, такие, как а-спи-раль, и третичная структура — расположение друг относительно друга боковых групп цепи. (Эти определения в настоящее время распространяются и на другие биоколлоиды и синтетические полимеры.) Далее Бернал [42] предложил термин четвертичная структура для описания взаимного расположе- [c.102]

Значение сил, которые стабилизуют третичную структуру рибонуклеазы, иллюстрируется также экспериментами несколько иного рода. Возможен избирательный разрыв пептидной связи, соединяющей аланиль-ный остаток в положении 20 с серильным остатком, находящимся в положении 21. При этом молекула фермента расщепляется па короткую пептидную цепь ( 8-пептид ) и остаточную структуру, содержащую все дисульфидные поперечные связи ( 8-белок ). Обнаружено, что каждый в отдельности компонент является нативным, однако ферментативная активность почти полностью восстанавливается, если смешиваются стехиометрические количества двух компонентов, даже при очень сильном разбавлении [401]. Эти данные согласуются с константой ассоциации 8-пептида с 8-белком, составляющей по меньшей мере 2-10 л1молъ. Эти результаты показывают, что преимущества, свойственные специфическому складыванию нативного фермента, настолько сильно зависят от взаимодействия боковых цепей, соединенных с полипептидным скелетом, что пространственное расположение может быть сохранено после разрыва цепи. Было даже обнаружено, что ферментативная активность в основном сохраняется, если в 8-пептиде изъять семь аминокислотных остатков (с 14 по 20). Отсутствие этого довольно длинного отрезка основной цепи, по-видимому, не вызывает изменений основных особенностей третичной структуры, характерной для нативного белка [402, 403]. [c.139]

Пространственное строение глобулы цитохрома с имеет мало общего со строением миоглобина и гемоглобина, но в организации активного центра можно усмотреть несколько общих важных черт. Если миоглобин и а- и р-цепи гемоглобина — это глобулярные белки, построенные зигзагообразным складыванием значительных по протяженности плотно упакованных а-спиральных участков полипептидных цепей, проходящих через всю глобулу, то цитохром с построен по-дру-гому. Центр молекулы представляет собой область с низкой электронной плотностью и заполнен неплотно упакованными неполярными заместителями, тогда как полипептидная цепь, почти не содержащая а-спиральных участков, охватывает эту область снаружи, располагаясь плотным слоем у поверхности глобулы. Молекула цитохрома с представляет собой как бы арбуз с неполярной сердцевиной. Расположенная на поверхности глобулы полипептидная цепь имеет три щели. Примерно треть полипептидной цепи образует изгиб, формирующий щель для гема. Эта щель имеет размеры 6x8x21 А. Кроме того, с поверхности внутрь глобулы ведут как бы два канала. На модели, показанной на рис. 24, один из таких псевдо-каналов идет сверху вниз, а другой — ведет сбоку к центру гема со стороны лиганда His 18. Растворитель не проникает по ним в глубь глобулы и псевдо-каналы в действительности заполнены неплотно упакованными боковыми заместителями полипептидных цепей. На поверхности глобулы рыхло расположены полярные и некоторая часть неполярных заместителей. Если учесть эти заместители и гем-группу, то на поверхности глобулы почти не остается щелей [12]. Примерный размер глобулы 25x25x37 А. [c.107]

Почему здесь играет роль именно третичная, а не первичная или вторичная структура белковой молекулы Дело в том, что длины химических связей и свойства малых молекулярных групп определяются природой атомов, входящих в их состав, и молекулы белка здесь ничем не отличаются от всех остальных. Сами по себе аминокислотные заместители или простетические группы недостаточно активны. При возникновении вторичной структуры — скручивании полипептидной цепи — расстояние между заместителями изменяется вполне определенным образом и здесь не появляется возможностей изменить их в благоприятном для катализа направлении. И только при складывании полипептидной цепи в глобулу, в местах сгиба полипептидной цепи, контактирующих с нормальными участками полипептидного тяжа или простетической группой фермента, возникают широкие возможности для изменения межатомных расстояний и создания каталитической ячейки почти любого строения. Ограничения связаны лишь с отталкиванием атомов на малых расстояниях, т. е. они появляются только в областях с плотнейшей упаковкой заместителей. [c.279]

Третье идеально формой линейных полимерных молекул является спираль. Отдельные участк синтетических полипептидов и белковых цепей закручены в соответствующих растворителях в весьма правильные спирали благодаря внутренним водородным связям. Эти спирали могут иметь стержнеподобную ось, как, например, в некоторых простых синтетических полипептидах или в коллагене, или же ось спирали может сама закручиваться при складывании витков, как в случае глобулярных белков. [c.20]

Рис. 5-47. Схема, иллюстрирующая современные представления о расположении репликациоиных белков в движущейся репликационной вилке. Вместо двумерной структуры, изображенной на рис 5-46, здесь показано, как ДНК на отстающей цени складывается, в результате чего возникает комплекс из двух ДНК-полимераз - ведущей и отстающей пени. Кроме того, благодаря складыванию З -конец каждого завершенного фрагмента Оказаки оказывается рядом со стартовым участком следующего такого фрагмента (ср. с рис. 5-46). Находясь в тесном контакте с остальными ренликационными белками, молекула ДНК-полимеразы отстающей цепи может непрерывно работать на одной и той же репликационной вилке, отделяясь от готового фрагмента ДНК, она переходит к ближайшей новой РНК-затравке, чтобы начать синтез следующего фрагмента. Обратите

Однако и эта концепция, по-видимому,—не последнее слово в далеко неоднозначно решаемой проблеме складывания (фолдинга) полипептидных цепей. Исходя из экспериментальных и теоретических подходов, разработанных в процессе исследований кода белкового синтеза (см. ниже, гл. VII) высказано предположение (Л. Б. Меклер и Р. Г. Идлис Г. И. Чипенс) о существовании общего стереохимического генетического кода, позволяющего понять, как трехмерные молекулы белков сформировались из линейных полипептидных цепей. Суть вопроса сводится к наличию кода взаимодействия [c.75]

В простейшей форме комплементарные взаимодействия, играющие в общей рекомбинации центральную роль, можно воспроизвести в экспериментах ш vitro по ренатурации ДНК, разделенной на отдельные цепи. Такая ренатурация (или гибридизация) происходит, когда в растворе вследствие случайного соударения одиночных цепей ДНК комплементарные нуклеотидные последовательности оказываются одна напротив другой и образуют короткий отрезок двойной спирали. За этим сравнительно медленным этапом нуклеации спирали следует очень быстрый этап застегивания молнии двойная спираль при этом растет до тех пор, пока не образуется максимально возможное число водородных связей (рис. 5-59). Для образования таким путем новой двойной спирали разделившиеся цепи во время отжига должны быть выпрямлены, чтобы их основания были открытыми. По этой причине эксперименты с гибридизацией ДНК in vitro проводят при высокой температуре или в присутствии таких органических растворителей, как формамид в этих условиях плавятся и короткие спирали ( шпильки ), возникающие в одиночной цепи ДНК вследствие комплементарных взаимодействий при ее складывании саму на себя. Бактериальные клетки не переносят, разумеется, столь жестких воздействий. В них распрямление спиралей достигается под воздействием специального дестабилизирующего белка, или SSB-белка. У Е. oh SSB-белок необходим и для репликации ДНК, и для общей рекомбинации кооперативно связываясь с сахарофосфат- [c.304]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология