Миоглобин Фурье

Уточнение белковых структур методом наименьших квадратов. В то время как при применении разностного метода Фурье повышается точность стереохимического описания модифицированного белка по сравнению с описанием структуры исходного белка, определение трехмерной структуры исходного белка продолжает оставаться менее точным. Данные последних лет наводят на мысль, что можно достигнуть той же степени уточнения трехмерной структуры белковых молекул, что и при уточнении структуры малых молекул, методом наименьших квадратов. Можно ожидать, что методы уточнения, впервые предложенные в ранних исследованиях миоглобина кашалота [74], в сочетании с разностным методом Фурье позволят значительно повысить точность стереохимического описания функциональных координационных центров металлов в белках и ферментах. [c.26]

Для связанного кислорода были предложены две структуры типа тс-комплекса, как для лигандов типа этилена (см. структуру IV), или нелинейная структура V, которая была первоначально предложена Полингом и действительно была обнаружена для иона N3 . Положение обоих атомов кислорода пока не удалось достоверно установить по картам электронной плотности гемоглобина или миоглобина, но различие фурье-карт Ре Ог и Ре ЮНз указывает на структуру V, в которой координируемый атом одновременно образует водородную связь с дистальным гистидином [232]. Структура IV маловероятна и из-за пространственных затруднений [8]. Как уже отмечалось в разд. 7.3, аддукты комплексов Со(П) с кислородом определенно имеют структуру типа V, и их лучше рассматривать как комплексы Со(1П) с супероксид-анион-радикалом О ,. [c.160]

Эти расстояния определены с помощью полного Zd фурье-синтеза (остальные главным образом путем сопоставления постоянных решетки). Минимальные расхождения в величинах которые еще можно заметить, обычно не приводят, кроме случая миоглобина, для которого отмечены различия около 10 пм [161]. [c.179]

А. Было найдено, что области с высоким значением электронной плотности, соответствующие полипептидной цепи, образуют причудливо изогнутый толстый жгут, построенный из ряда прямолинейных участков. Благодаря высокой электронной плотности атома железа очень легко удалось установить положение гема. В результате этой работы были определены лишь общие черты строения молекулы миоглобина более детальную картину удалось получить только после того, как был проведен Фурье-синтез с большим разрешением. [c.263]

Хотя ковалентные связи имеют длину порядка 1,5 А, с помощью Фурье-синтеза с разрешением 2 А удалось идентифицировать многие боковые цепи миоглобина (фиг. 49). Для идентификации боковых цепей необходимо правильно определить положение близлежащих атомов главной цепи. Наибольшие трудности обычно связаны с анализом расположения атомов для неспиральных участков молекулы (в местах изгибов) и вблизи [c.263]

Влияние аммониевой соли и pH на роль связанной воды В структуре белка [12] еще не совсем ясно и, по-видимому, способно объяснить значительные различия, наблюдающиеся в кристаллографии белков, особенно гемоглобина и миоглобина. Наличие некоторых более мелких пиков, отнесение которых еще не сделано, может быть обусловлено присутствием других молекул воды, фоновыми шумами или ошибками, возникающими ири обрыве ряда Фурье. Данные с более высоким разрешением (1,5 А) были получены с помощью недавно разработанных более быстрых методов, основанных на использовании двумерного счетчика, чувствительного к положению рассеивающего центра . Эти данные в настоящее время анализируются. Карты с более высоким разрешением позволяют анализировать фракцию связанной воды вплоть до степеней заселенности менее 0,2. Исследования со смесями НгО/ОгО различного состава еще более увеличат достоверность химической идентификации этих пиков, получаемых при использовании фурье-метода. [c.229]

Рис. 20. Фурье-проекция миоглобина, тип А. Показана проекция электронной плотности моноклинной элементарной ячейки (которая содержит две молекулы) вдоль оси 6 толщина проектируемого слоя белка и маточной жидкости составляет 31 А. Разрешение 6 А. Положения двух тяжелых групп показаны с помощью следующих обозначений

Возвращаясь к приведенному выше примеру F >= 100, 2), положим, что правильным решением оказывается / я=+2- Очевидно, что тогда Fp должно равняться —10, а не -f-10, так как Рц+Рр, согласно уравнению (4-1), должно быть равно 4 8. Таким образом, устанавливается абсолютная величина Fp [для каждого (/ О/) рефлекса], и проекцию Фурье на плоскость ас можно вычислить по уравнению (3-22). Результат такого расчета для миоглобина приведен на рис. 20. Этот рисунок нелегко интерпретировать. На диаграмме приведены проекции вдоль оси Ь элементарной ячейки всех электронных плотностей, находящихся в слое толщиной 31 А, на одну плоскость. Очевидно, что этот расчет не может дать никаких определенных данных о структуре. Однако он показывает, что в данном случае не существует упорядоченных элементов типа спиралей, параллельных направлению Ь, так как если бы они были, то появились бы интенсивные максимумы электронной плотности с цилиндрической симметрией. [c.83]

Рис. 30. Двумерная проекция Фурье элементарной ячейки миоглобина (по Кендрью, 1961).

Следующий этап работы состоит в расшифровке карты электронных плотностей. Критическим фактором при этом выступает разрешающая способность метода рентгеноструктурного анализа, которая определяется количеством рефлексов, использованных в обратном преобразовании Фурье. Правильность изображения зависит от разрешающей способности обратного преобразования Фурье, как это показано с помощью оптической аналогии на рис. 3.10. Анализ миоглобина был выполнен в три этапа. На первом этапе, завершенном в 1957 г,, анали- [c.52]

Предположение о том, что 70% цепи находится в спиральной конформации, подтверждается результатами, полученными методом дейтерообмена. Скоулоди (1959) 01бнаружила при раосмотрбн и двухмерной проекции Фурье единичной ячейки миоглобина тюленя, что, несмотря на совершенно различный аминокислотный состав, миоглобины тюленя и кашалота им еюг чрезвычайную сходную третичную структуру. Перутц (1960) на основании трехмерного анализа гемоглобина пришел к заключению, что каждая из четырех субъединиц этой молекулы структурно сходна с миоглобином. При анализе миоглобина с разрешением в 2 А (этого еще недостаточно для атомного разрешения) группа Кендрью (1961) получила возможность сделать некоторые выводы о последовательности части аминокислот в миоглобине. [c.711]

Изменения в стереохимии железопорфирина, сопровождающие изменение спинового состояния гемового железа, не были зарегистрированы в ранних исследованиях разностным методом Фурье производных миоглобина кашалота. Что касается структуры высокоспинового (акво) метмиоглобина, эти исследования включали трехмерные разностные синтезы Фурье азидметмиоглобина с разрешением 200 пм [70] и дезоксимиоглобина с разрешением 280 пм [91 ], а также серии высоко- и низкоспиновых производных метмиоглобина с разрешением 280 пм, рассчитанные только для центросимметричных проекций [92]. Учитывая, что для ряда кристаллических белков разностный метод Фурье дал отличные результаты, отсутствие изменений в стереохимии железопорфирина, наблюдавшегося в молекулах типа гемоглобина, в случае миоглобина может быть обусловлено недостаточной точностью данных. [c.47]

При интерпретации карт разностной электронной плотности было предположено [142], что положение атома молекулы кислорода, координирующего с атомом железа, соответствует положению, занимаемому кислородом молекулы воды в метмиоглобине. Поскольку, согласно модели Полинга, с точки зрения электронной структуры атом железа должен образовывать резонансную двойную связь с координирующим атомом кислорода, следует ожидать некоторого уменьшения длины связи железо — кислород. Кроме того, в модели Полинга (рис. 17) требуется удлинение связи 0—0 вследствие образования простой связи между атомами координированного кислорода. Разностный синтез Фурье оксимиоглобина относительно метмиоглобина [142] не обладает достаточной точностью для определения столь детальных стереохимических соотношений. Кроме того, хотя образование водородной связи с остатком дистального гистидина может приводить к стабилизации молекулы в данном миоглобине, вообще говоря, она вовсе не обязательна. Как эритрокруорин hironomus [177], так и миоглобин Aplysia [178] не имеют остатка дистального гистидина, соответствующего остатку в миоглобине кашалота или гемоглобинах млекопитающих. [c.73]

Дистальный гистидин не создает существенных пространственных затруднений для таких малых лигандов, как вода, или лигандов типа азид-иона и кислорода, которые дают комплексы нелинейной структуры. Азид-ион располагается над метиновым мостиком порфиринового кольца и очень точно соответствует пространству между гистидиновой, фенилаланиновой и валиновой группами [211]. Однако дистальный гистидин создает весьма существенные пространственные затруднения для таких лигандов, как СО и N , которые при координации предпочитают линейную конфигурацию. Пространственное затруднение может быть преодолено путем отклонения угла Ее—С—О или Fe—С—N от 180° и (или) путем перестройки белка. По данным рентгеноструктурного анализа карбонильного комплекса мономерного гемоглобина hironomus, валентный угол Ее—С—О составляет 145 15° изолейцин Е11, который занимает в этом белке примерно то же положение, что и дистальный гистидин в гемоглобинах млекопитающих, также испытывает некоторое смещение [109]. Аномально низкие волновые числа валентного колебания связанного СО во многих гемоглобинах и миоглобинах, имеющих дистальный гистидин, но не в белках, в которых этот гистидин замещен на аргинин или тирозин, также были объяснены некоторым взаимодействием (за счет водородных связей или в силу стерических факторов) между гистидином и координированной окисью углерода [48]. Разностная фурье-карта между Ее ЮНз- и Ре" СМ -комплексами миоглобина свидетельствует о том, что система связей Ее—С—N остается линейной и что смещается спираль Е[8]. Таким образом, рентгеноструктурный анализ дает непосредственные доказательства существенных пространственных затруднений и определенной гибкости белкового окружения вокруг дистального координационного положения комплекса. Способность связывать гораздо более объемистые лиганды, [c.161]

В отличие от фибриллярных белков, которые, как правило, плохо поддаются растворению, глобулярные белки сравнительно легко растворимы. Они выполняют в организме ряд функций участвуют в переносе различных веществ, служат запасными веществами, играют роль биологических катализаторов (ферменты) и т. д. Глобулярные белки могут быть выделены из растворов в кристаллическом виде. На рентгенограммах таких кристаллов наблюдается много резких дифракщшнных максимумов, которые позволяют устанавливать структуру не только повторяющейся структурной единицы, но и особенности строения всей молекулы. Чтобы полностью использовать информацию о структуре крупных молекул, даваемую такими рентгенограммами, необходимо знать значения фаз. Как было указано в гл. XIII, по плотности почернения пятна на пленке можно определить лишь амплитуду соответствующей Фурье-компоненты, пропорциональную корню квадратному из плотности почернения, но не ее фазу. В настоящее время разработан ряд методов, позволяюших решить задачу об определении фаз. В этой главе мы опишем два метода определения фаз и обсудим результаты, полученные для двух белков — миоглобина и гемоглобина. [c.259]

Для того чтобы увеличить разрешение во всех трех измерениях втрое, необходимо проанализировать во много раз больше рефлексов. В 1960 г. был проведен рентгеноструктурный анализ миоглобина кашалота с разрешением в 2 А. Для этого были рассчитаны фазы 9600 рефлексов. Анализ этого огромного числа данных потребовал применения быстродействующих вычислительных машин. Было найдено распределение электронной плотности в 48 параллельных сечениях элементарной ячейки, расположенных на расстоянии 7з А друг от друга. Белковая цепь, имевшая при разрешении 6 А вид жгута высокой электронной плотности, при разрешении в 2 А превратилась в спираль (имеются в виду прямо-яинейные участки жгута) с шагом вдоль оси, равным 5,4 А, характерным для а-спирали. С помощью Фурье-синтеза было установлено, что все прямолинейные участки (всего их восемь) представляют собой правые а-спирали число аминокислотных остатков в этих прямолинейных участках равно 24, 20, 19, 16, 16, 9, 7,7. Всего в спиральные участки входит 118 аминокислот, что составляет 77% всех аминокислот в белке. Таким образом, правая а-спираль является существенным элементом структуры не только фибриллярных, но и некоторых глобулярных белков. [c.263]

Метод изоморфного замещения тяжелыми атомами позволил, таким образом, получить для миоглобина разрешение 2 АТеперь, когда многие детали структуры выявлены, оказывается возможным ее последовательное уточнение с помощью прямого синтеза Фурье для кристаллического миоглобина, уже не содержащего тяжелых атомов. Такой синтез был проведен при разрешении 1,4 А и была определена электронная плотность для 500 ООО точек элементарной ячейки. При таких высоких разрешениях возникают новые трудности, одна из которых связана с разрушением кристалла в результате длительного облучения рентгеновскими лучами, необходимого для выявления слабых рефлексов в дальней области дифракционного поля. В этой работе вместо фотографических методов регистрации применялись чувствительные ионизационные методы и полученные данные непосредственно вводились в быстродействующие вычислительные машины, для которых составлялись специальные программы. Вся работа длилась в течение многих лет, причем большая часть времени ушла на усовершенствование техники. Теперь, когда эти трудности преодолены, исследование других глобулярных белков должно пойти быстрее. Однако следует отметить, что миоглобин является относительно легким объектом для анализа, так как он отличается от других глобулярных белков аномально большим содержанием спиральных структур (см. разд. 4 гл. XVI). Это упрощает расчеты методом последовательных уточнений, так как положение значительного числа групп, принадлежащих главной цепи молекулы, известно. [c.266]

В 1972 г. Д. Сачс и соавт. [114] разработали иммунологический метод, который был использован для изучения процесса ренатурации белков, не содержащих дисульфидных связей. Метод основан на предположении о двухфазном механизме свертывания и идентификации конформационных состояний фрагментов нативной трехмерной структуры белка с помощью специально подобранных антител. Далее выявляются зависимости между константой равновесия предельных состояний (D и N) и константами связывания антител с белковыми фрагментами. Д. Сачс и соавт. [115] применили метод для определения константы равновесия N D стафилококковой нуклеазы, а Дж. Харрел и соавт. [116] и Б. Фурье и соавт. [117] — для изучения конформаций промежуточных состояний миоглобина. О характере получаемой при исследовании иммунохимического метода информации можно судить по результатам рассмотренной в разд. 9.4. работы Л. Чавеца и Г. Шераги [86], применивших его в исследовании ренатурации рибонуклеазы А. [c.385]

На следующем этапе воспроизводят структуру миоглобина, исходя из полученных значений интенсивности рефлексов это производится с помощью математического метода представления сложных функций в виде гармонических рядов Фурье. Однако величины интенсивности рефлексов от кристаллов миоглобина дают только часть информации, необходимой для таких расчетов. Недостающие данные о фазах рассеянных пучков лучей получают из полной картины дифракции лучей кристаллом миоглобина, содержащего яжелые атомы, например уран или свинец, по одну или две стороны молекулы. После этого переходят к расчету карты электронных плотностей, используя быстродействующие ЭВМ. По счастью, развитие кристаллографических исследований миоглобина совпало по времени с появлением быстродействующих ЭВМ с большим объемом памяти. Окончательный расчет по методу рядов Фурье [c.52]