Пептидные водородные связи

Простейший пример - а-спираль, являющаяся структурой, оптимальной с точки зрения дисперсионных взаимодействий атомов основной цепи, пептидных водородных связей (5 - 1), электростатических взаимодействий и энергии вращения вокруг всех одинарных связей. Только благодаря такой гармонии Полингу и Кори удалось правильно предсказать геометрию а-спирали, сделав в принципе ошибочное предположение о ее стабилизации исключительно за счет водородных связей. На самом же деле главным фактором, цементирующим а-спираль в полярной среде, являются дисперсионные взаимодействия атомов основной цепи, а не пептидные водородные связи. Однако из-за согласованности в этой струк- [c.470]

О.Б. Птицына [140, 141], типичных по своей постановке, аргументации и некоторым другим качествам для работ этого направления. В одном из них ("Белковое свертывание общая физическая модель") нативная конформация белковой молекулы представлена как "определенный вид упаковки структурных сегментов (а-спирали и -структуры)" [140. С. 197]. Главным фактором, стабилизирующим регулярные участки, считаются пептидные водородные связи, не зависящие от природы и порядка [c.503]

Пептидные водородные связи. Поскольку полипептидные цепи фибриллярных белков и синтетических полипептидов проявляют значительную тенденцию к образованию водородных связей С=0- -Н—N. то можно ожидать, что эта тенденция свойственна и глобулярным белкам. Однако данные по оптическому вращению, приведенные в табл. 4, ясно показывают, что в водной среде только часть пептидных связей может принимать участие в образовании спирали. Частично спирализованная молекула, не содержащая никаких других элементов упорядочения внутренней структуры, будет иметь длинные участки цепи, свернутые в беспорядочный клубок, так что в этом случае невозможно ожидать наличия специфической компактной формы, характерной для молекул глобулярных белков. Таким образом, для объяснения наблюдаемой формы молекул следует привлечь какие-то другие значительные силы. [c.153]

Так как каждая пептидная группа спирали связана с каждой третьей следующей за ней группировкой, вдоль оси спирали тянутся три подобные непрерывные цепочки пептидно-водородных связей. Структура такого типа характерна для многих глобулярных белков [92, 521, 522]. Длины спиральных участков колеблются для них в пределах от 10 до 40—50 пептидных звеньев. Между спиральными участками располагаются области с нерегулярной, хаотической конфигурацией цепочек. Процент спиральной и неупорядоченной части меняется от белка к белку. Белки фибриллярные и, в частности, белки мышечных тканей имеют более регулярную структуру, чем глобулярные длины спиральных участков в этих белках, видимо, больше, чем в глобулярных [234]. [c.291]

Естественно рассматривать именно эти линейные цепочки пептидно-водородных связей как каналы, по которым возможно перемещение заряда, так как они являются периодическими структ -рами. При движении заряда по каким-либо другим направлениям или другим структурам в молекуле, например, вдоль цепи главных валентностей, или через боковые группы он будет претерпевать значительно большее рассеяние, так как боковые группировки аминокислотных остатков белка, присоединенные к а-атому углерода цепи, весьма разнообразны и, как правило, нет никакой регулярности в их чередовании. Они направлены наружу от оси а-спирали, образуя подобие аморфной цилиндрической оболочки последней с неровной поверхностью. [c.291]

Теоретический расчет системы энергетических уровней для непрерывной цепочки пептидно-водородных связей имеет принципиальное значение для обсуждаемой проблемы. [c.292]

П. Де Сантис и соавт. [61] в 1965 г. рассчитывают регулярные конформации полипептидов, используя для описания взаимодействий валентно-несвязанных атомов не модель жестких сфер, а потенциальные функции невалентных взаимодействий. Карты ( )- / Рамачандрана приобретают контуры эквипотенциальных сечений и позволяют теперь уже делать количественную сопоставительную оценку потенциальной энергии любого конформационного состояния свободного монопептида или соответствующего звена полипептида. Д. Брант и П. Флори в том же году с помощью конформационных карт провели статистические расчеты размеров клубков полипептидов и пришли к заключению о необходимости, помимо невалентных взаимодействий, учитывать также электростатические взаимодействия, что они и сделали в диполь-дипольном приближении [62]. В ряде работ Шераги и соавт. [63-66] были исследованы спиральные конформации гомополипептидов природных а-аминокислот с применением как модели жестких сфер, так и потенциальных функций. Новым в этих работах явился учет с помощью потенциала Липпинкота и Шредера возможности образования пептидных водородных связей. [c.156]

В виду, что в нативных условиях, т. е. именно в тех условиях, когда проявляются их функциональные свойства, белки всегда гидратированы. В таких системах могут появиться новые примесные энергетические уровни, и возможность перемещения заряда по белковым системам будет определяться тем, как располагаются эти уровни относительно основной системы энергетических полос цепочки пептидно-водородных связей. Поэтому вопрос о возможности проводимости полупроводникового типа в белковых системах может быть решен только на основании результатов специально поставленных экспериментальных исследований. [c.294]

Подчеркнем, что при изучении проводимости белков не исследуется проводимость изолированных цепочек пептидно-водородных связей. В белках всегда имеются области с нерегулярной, хаотической конфигурацией пептидных цепей. Экспериментально измеряются некоторые интегральные параметры. Поэтому значения энергии активации, величины сопротивлений всегда завышены по отношению к параметрам, характерным для линейно-периодических структур белка. [c.295]

Впервые идея о делокализации возникающих в белках при облучении неспаренных электронов по цепочке пептидно-водородных связей была высказана Л. А. Блюменфельдом [15, 16]. По его предположению, энергия, полученная электронами при облучении белка, должна быть достаточной для заброса их в зону проводимости. Экспериментально эта идея основывалась на особом характере сигнала ЭПР, наблюдаемого им для белков. По данным Л. А. Блюменфельда, сигнал ЭПР облученных белков представляет собой синглет со значением -фактора около двух, что характерно для делокализованного электрона. [c.300]

Таким образом, исследования ЭПР облученных белков заставляют еще раз проанализировать возможность миграции заряда в белке по системе пептидно-водородных связей. [c.301]

Выше отмечалось, что, начиная с Хаггинса, огромную роль в стабилизации пространственной формы белковой цепи стали отводить пептидным водородным связям. Считалось, что именно они формируют вторичные структуры - а-спираль и р-складчатые листы. Но что в таком случае удерживает эти структуры в глобуле и под влиянием каких сил белковая цепь свертывается в нативную конформацию в водной среде, где пептидные водородные связи N-H...O= и электростатические взаимодействия малоэффективны Можно поставить вопрос иначе. Почему внутримолекулярные взаимодействия у природной гетерогенной аминокислотной последовательности превалируют в водном окружении над ее взаимодействиями с молекулами воды Фундаментальное значение в структурной организации белковой глобулы стали отводить так называемым гидрофобным взаимодействиям. Само понятие возникло в начальный период изучения коллоидного состояния высокомолекулярных веществ, в том числе белков. Первая теория явления, правда, не раскрывающая его сути, предложена, в 1916 г. И. Ленгмюром. Ему же принадлежит сам термин и разделение веществ на гидрофобные, гидрофильные и дифиль-ные. Природа гидрофобных взаимодействий была объяснена У. Козманом (1959 г.). Он показал, что низкое сродство углеводородов и углеводородных атомных групп к водному окружению обусловлено не неблагоприятными с энергетической точки зрения межмолекулярными контактами, а понижением энтропии. На энтропийный фактор обращали внимание еще в 1930-е годы для объяснения причин образования мицелл моющих средств в водных коллоидных растворах (Дж. Батлер, Г. Франк, Дж. Эдзал), однако такая трактовка формирования компактных структур не была перенесена на белки. Впервые это сделал Козман, поэтому гидрофобная концепция носит его имя. [c.73]

Многочисленные водородные связи являются одной из характернейших структурных черт белка. Метод ЭПР позволяет изучать некоторые особенности пептидно-водородных связей [17], рентгенографический метод делает возможным на основе работ Полинга судить о внутри-или межмолекулярной характере водородных связей в образце, об их преимущественной направленности. Совместное применение этих двух методов к образцам разного фазового состава должно углубить сведения о структуре изучаемых белков. [c.303]

Подводя итог развитию представлений о стабильности белковой молекулы в 1950-1960-е годы, следует прежде всего отметить некоторый от юд от господствующей прежде концепции о пептидной водородной связи как решающего или даже единственного фактора, ответственного за структуру белка. Полученный в этот период большой экспериментальный материал по структуре глобулярных и фибриллярных белков и синтетических полипептидов не мог быть объяснен только на основе такой концепции. Опытные данные свидетельствовали о чрезвычайной чувствительности конформации пептидного остова к природе остатков, их последовательности, растворителю, температуре, значению pH, длине цепи и т.д. Более того, был получен целый ряд факторов, прямо противоречащих концепции об определяющей роли пептидных водородных связей. Например, обнаружено, что слабополярные органические растворители являются сильными денатурирующими агентами. Между тем, они значительно меньше ослабляют пептидную водородную связь, чем вода, и, следовательно, с позиции указанной концепции можно было бы ожидать увеличения стабильности нативной конформации, а не ее разрушения, как это имеет место. [c.242]

В качестве примера моделирования свертывания белковой цепи через вторичные структуры остановимся на двух исследованиях Птицына, типичных по своей постановке, аргументации и другим качествам для работ такого плана [191, 192]. В первом исследовании ("Белковое свертывание общая физическая модель") нативная конформация белковой молекулы представлена как "определенный вид упаковки структурных сегментов (а-спирали и -структуры)". Главным фактором, стабилизирующим регулярные участки, считаются пептидные водородные связи, не зависящие от природы и порядка расположения аминокислот в цепи. Контакты между а-спиралями и -структурами в нативной конформации осуществляются за счет гидрофобных взаимодействий неполярных боковых цепей, скрытых от воды. Предлагаемая автором модель белкового свертывания не может считаться общей, поскольку имеет отношение к небольшой группе белков, состоящих преимущественно из а-спиралей или -структур. [c.284]

Трехмерные структуры двух глобулярных белков дали блестящее и, казалось, бесспорное доказательство справедливости господствующим в течение почти двух десятилетий а-спиральной концепции Полинга и структурной классификации белков Линдерстрем-Ланга. В лишенных какой-либо симметрии белковых молекулах а-спираль, действительно, оказалась доминирующей структурой (75%), стабилизированной пептидными водородными связями типа 5 — 1. Идентифицированные структуры удовлетворительно согласовывались и с еще одной гипотезой структурной организации белков - гидрофобной концепцией У. Козмана. [c.73]

В рассчитанной циклической структуре фрагмента нейротоксина Leu - ys 3 реализуется типичная для -структуры система пептидных водородных связей. Для конформации Leu - ys с дисульфидной связью получены сечения потенциальной поверхности Х Х2 боковых цепей остатков. Ранее такие сечения были исследованы у конформации фрагмента Leu - ys , которая входит в циклическую структуру у Leu - ys Отметим, что присоединение гептапептида ys - ys не изменило конформационную подвижность остатков His - ys по сравнению со свободным участком Leu - ys . У боковых цепей Leu и Glu в циклической структуре локальные минимумы (-5,0 ккал/моль) соответственно при XuXi —150, -60 и 60, 180° становятся еще более высокоэнергетичными из-за наталкивания на ys в первом случае и на Asn - во втором. Анализ сечений потенциальной поверхности Xi X2 остатков Ser , Glu °, Asn конформационно лабильного участка ys - ys показал, что боковые цепи, особенно серина, обладают значительной подвижностью и могут принимать несколько практически изоэнергетических ориентаций. У боковой цепи Thr свобода по углу Х ограничена одной областью (—60°). [c.422]

Стадия взаимодействия вторичных структур должна следовать за стадией их образования. Следовательно, до выработки геометрических критериев упаковки вторичных структур в супервторичные необходима идентификация а-спиралей и р-складчатых листов, описание процессов их идентификации, развития и терминации. Задачи, перечисленные в работе [140], предполагаются решенными, что, как известно, не соответствует действительности. Поэтому модель Птицына описывает не весь процесс белкового свертывания, а лишь упаковку вторичных структур, т.е. завершающую стадию, быть может, не отвечающую соответствующей стадии реального механизма самоорганизации. Следует также отметить несовместимость предложенной модели с одним из постулируемых в этой же работе положений. Так, автор, рассматривая вопрос об идентификации а-спиралей и Р-структур, исходит из существования корреляций между вторичными структурами и аминокислотной последовательностью, а обсуждая образование из них супервторичных структур, утверждает отсутствие таких корреляций. В основу поиска геометрических критериев упаковки вторичных структур положена простейшая полипептидная цепь - гомополимер из аминокислот с гидрофобными боковыми группами. Предполагается, что такая цепь в водном окружении обладает вторичными структурами, стабилизированными пептидными водородными связями, и супервторичной и третичной структурой, стабилизированной гидрофобными взаимодействиями боковых цепей а-спиралей или Р-складчатых листов. Реальное поведение гомополипептидов в растворе не дает, однако, оснований для подобных предположений [25, 142-144]. Молекулы гомополипептидов, как и молекулы других синтетических полимеров, имеют огромное количество близких по энергии непрерывно флуктуирующих в [c.504]

Возражения принципиального порядка вызывает также выбранный Меклером и Идлис способ трансляции гипотетической "жидкой" формы белка в "твердую трехмерную структуру с помощью кода П-К. Авторы работы [352] утверждают, что согласно коду П-К аминокислотные остатки, принадлежащие к одному из трех компонентов связности графа кода А-А [355], узнают друг друга и соединяются посредством так называемых П-К-связей, являющихся пептидными водородными связями NH...O а-с1шралей и -складчатых листов. Образование совокупности таких связей и вызывает конформационную перестройку всей белковой глобулы и вместе с сохранившимися А-А-связями стабилизирует "твердую" трехмерную структуру белка. [c.538]

Сравнительно недавно Сор, Бертье и Пульман сделали попытку провести более корректные расчеты 1649]. Методом молекулярного самосогласованного поля они рассчитали значения всех обменных интегралов, необходимые для определения молекулярных орбит в цепочке пептидно-водородных связей. Кроме этого, они учли сравнительную легкость перехода одного из 2р-электронов неподс-ленной пары кислорода на разрыхляющую орбиту, что не было принято во внимание Эвансом и Джерджели, а также различие в триплетных и синглетных состояниях. Расчет проводился для изолированной пептидной группы, двух групп, связанных водородными связями, трех групп и т. д. Полученное авторами распределение энергетических уровней для монопептида оказалось в хорошем соответствии с экспериментально наблюдавшимися линиями в спектре поглощения формамида [609]. [c.293]

Гипотеза о миграции протона по системе пептидно-водородных связей основывается на предполагавшейся в свое время возможности существования и взаимного перехода кетонноп и энольнон форм пептидной группы [91] [c.294]

Подобная схема миграции протона по цепочке пептидно-водородных связей была предложена Внртцем [693, 695]. (Этот механизм был предложен для объяснения возникновения мутаций при действии ионизирующего излучения — процесса, необратимого по своему характеру,— однако сейчас ясно, что к мутациям он не имеет отношения.) Сравнительно недавние исследования N-метилацетамида (соединения с одной пептидной группой) методом ядерного резонанса подтвердили возможность существования различных форм пептидных групп [373]. Известно, однако, что для разрыва связи N—Н в низкомолекулярных соединениях с пептидной группой требуется сравнительно большая энергия [179]. Однако е упоминавшихся уже расчетах Сора, Бертье и Пульмана [649] было показано, что при переходе от монопептида к длинной цепочке сильно меняются многие параметры. Поэтому использовать непосредственно данные, полученные для низкомолекулярных соединений, для выяснения возможности миграции протона по цепочке пептидно-водородных связей нельзя. Для решения этого вопроса необходимы экспериментальные исследования, и, по-видимому, метод ЯМР может оказаться здесь полезным. [c.295]

М. к. Пулатова, В. Н. Рогуленкова и Л. П. Каюшин [197] повторили опыты Л. А. Блюменфельда и Горди, исследовав тщательно зависимость характера сигнала ЭПР облученных белков от степени вакуумирования. Ими было обнаружено, что в случае, если облучение белка ведется в глубоком вакууме, сигнал ЭПР имеет форму дублета глицил-глицинового типа, т. е. подтвердились данные Горди. По мере поглощения облученным белком воздуха дублетный сигнал превращается в синглет, подобный тому, который был зафиксирован Л. А. Блюменфельдом далее, с течением времени сигнал исчезает. Дублетный сигнал, полученный для денатурированных белков, по мере поглощения ими воздуха не меняет своей формы, а лишь уменьшается со временем. Никакие пептиды, в которых водородные связи пептидных групп СО и НН замыкаются на концевые карбоксильные или аминные группы (в частности глицил-глицин), не обнаруживают перехода дублетной формы сигнала в синглетную, т. е. этот эффект не обнаруживается в пептидах, не имеющих регулярной сетки пептидно-водородных связей. Однако синтетические полипептиды, имеющие а-спиральную конфигурацию молекулярных цепей, ведут себя подобно нативным белкам. Если разрушить эту конфигурацию нагреванием, расплавить регулярную сетку водородных связей и перевести полипептиды в аморфное состояние, их поведение оказывается аналогичным денатурированным белкам. Авторы делают предположение, что при поглощении белками кислорода воздуха и, может быть, паров воды облегчается переход электронов из ловушек в зону проводимости. Неспаренные электроны мигрируют по цепочкам пептидно-водородных связей в те места, где они могут рекомбинировать. В противном случае рекомбинация невозможна, так как предполагаемые ловушки электронов в белках стерическн недоступны. Эта работа заставляет принять во внимание особую роль регулярной сетки пептидно-водородных связей для интерпретации данных ЭПР облученных белков. [c.301]

Нужно учесть, что при денатурации белка, как это следует из данных рентгенографии, протекают следующие два структурные процесса, различающиеся начальными скоростями процесс разрушения присущей белку системы пептидно-водородных связей, включающей а-спирали, и процесс возникновения и постепенного расширения участков новой структуры — пачек -слоев. До тех пор пока пачки -слоев относительно малы и разобщены, для спектров ЭПР наблюдается лишь уменьшение ширины компоненты и разрешения в результате разрушения первоначальной системы связей. Однако, если позволяет геометрия образца, в некоторый момент разобщенные ранее участки -структуры, разрастаясь за счет нерегулярной фазы и разрушаемых а-спиралей, приходят в контакт и образуют уже новую регулярную систему пептидно-водородных связей — систему, включающую, в отличие от первоначальной, пептидно-водородные связи -слоев. Из рентгенограмм следует (по четкости соответствующих рефлексов рентгенограммы), что пачки -слоев в образце рдезор-формы достаточно велики. [c.308]

Обширное статистическое исследование структуры белков предприняли в 1974 г. П. Чоу и Г. Фасман [98, 99]. Как и в предшествующих аналогичных исследованиях, ставится задача предсказать вторичные структуры (а-спираль, -складчатый лист) и клубковое состояние и на этой основе описать третичную структуру. В стабилизации регулярных форм большая роль отводится пептидным водородным связям, которые и послужили критерием в определении границ вторичных структур в известных конформациях белков. Из частот появлений каждого аминокислотного остатка в а-спиралях (f ), их внутренних витках (faj), складчатых листах (f ) и клубках (f ,) рассчитаны соответствующие конформационные параметры Рц, P j, P и Р .. Метод определения этих параметров исключает учет в явном виде влияния взаимодействий между остатками. Значения Рц оказались близкими значениям s теории Зимма и Брэгга, полученным для поли-а-аминокислот. Из частотного анализа остатков на границах спиральных и -структурных областей найдены характеристики остатков, инициирующих и терминирующих вторичные структуры. Заряженные остатки с наибольшей частотой появляются на N- и С-концах спирали и, как правило, отсутствуют в -структурных областях. Частоты появления остатков на концах спиралей могут быть скоррелированы со значениями параметров инициации Зимма и Брэгга — а. П. Чоу и Г. Фасман предложили механизм свертывания белковой цепи в глобулу, согласно которому спиральная нуклеация начинает зарождаться в центре фрагмента с наибольшими у остатков значениями Р и затем распространяется в обоих направлениях вплоть до спиралеразрывающих остатков с малыми значениями Р [99]. Аналогичным образом происходит формирование -структурных нуклеаций. Авторы считают, что при P > Рц образование -структур становится более предпочтительным по сравнению с а-спиралями. Аминокислоты были классифицированы на две группы, состоящие из шести подгрупп, начиная с сильных а (или )-образуюпщх остатков и кончая a( )-paзpывaющими остатками. [c.258]

Синглетный характер спектра а + X -формы при низкой температуре и его обратимый переход в дублет при повышении температуры (см. рис. 5) можно объяснять подстройкой , подключением к системе сопряженных пептидно-водородных связей при низкой температуре подвижных участков структуры, принадлежащих нерегулярной фазе. Возможно, что наличие в этом образце участков двух фаз, а и X , с одинаковой направленностью пептидио-водород-ных связей требует появления лишь небольших перемычек для образования единой системы, по которой делокалпзован электрон, что и реализуется при низких температурах. [c.308]

Таким образом, наблюдалась зависимость спектров ЭПР а-, IIр-, а + хр- и а + р-форм от направления в них водородных связей. Следует подчеркнуть неаддитивность ориентационного эффекта для образцов смешанных а + хр-, а + р-. а также для а +Рдезор-форм в них не наблюдалось ориентационной зависимости величины разрешения, замеченной для чистой а-формы. Хотя в этих образцах содержались а-спирали (судя по наличию на рентгенограммах рефлекса 5,1 А, см. рис. 1, б, е), причем приблизительно в тех же количествах, что и в а-форме, вид спектров зависел только от особенностей р-фазы, содержащейся в данном образце. Очевидно, ориентационная зависимость спектров ЭПР а-формы чувствительна уже к малому нарушению структуры системы а-спиралей, которое не обнаруживается рентгенографически. Поскольку при переходе от а-формы к образцам смешанных форм наблюдалось увеличение разрешения и ширины компонент спектра, что, по-видимому, связано с нарушениями первоначальной системы пептидно-водородных связей белка, можно сказать, что ориентационная зависимость спектров ЭПР для а-формы перестает быть обнаруживаемой уже при малом нарушении системы пептидно-водородных связей в белке. [c.309]

Подводя итог циклу работ Полинга и Кори, можно отметить следующее. 1. Были четко сформулированы геометрические требования к полипептидной цепи, в основу которых положены экспериментальные данные о геометрических параметрах амидов и простейших пептидов, водородной связи N—Н..,0=С, а также представление об электронном строении пептидной группы, следующих из первых квантовохимических расчетов. 2. Для своего времени Полинг и Кори наиболее детально учитывали условия упаковки полипептидной цепи, считая стабильными те конформации, которые отвечали минимумам торсионных потенциалов. Тем самым косвенно учитывались невалентные взаимодействия атомов, так как торсионные потенциалы не противоречат атом-атом-ным потенциалам ван-дер-ваальсовых взаимодействий. 3. Для полипептидной цепи предложен ряд структур, среди которых выделены в качестве самых стабильных а-спираль и Э-складчатый лист. Позднее стали ясны причины уникальности этих структур. В а-спирали и (3-складчатом листе имеет место полная согласованность между всеми видами взаимодействий. Они являются оптимальными не только с точки зрения стопроцентной реализации пептидных водородных связей, на что прежде всего обращали внимание Полинг и Кори, но отвечают также наилучшим условиям невалентных взаимодействий атомов пептидного остова и минимумам торсионных потенциалов. Структуры Полинга и Кори удовлетворяли наблюдаемым картинам рентгеновской дифракции, поляризованным инфракрасным спектрам, равенству плотностей а- и р-форм, объясняли эластичные свойства фибриллярных белков и полипептидов, т.е. обратимый а Э-переход 4. Л. Полинг и Р. Кори, проанализировав опытный материал, касающийся пространственного строения белков и синтетических полипептидов, пришли к выводу об их структурной общности. [c.24]

Хотя в 1950-е годы еще не было известно пространственное строение на атомном уровне ни у одного белка, тем не менее в то время почти отсутствовало сомнение в том, что белковые молекулы построены из регулярных форм и главным образом из а-спиралей Полинга и Кори, обнаруженных в чистом виде у гомополипептидов. Именно на таком представлении о строении белков основана классификация белковых структур на первичную, вторичную и третичную, предложенная в 1952 г. К. Линдерстрем-Лангом [90]. Под первичной структурой понималась аминокислотная последовательность белка, т.е. его химическое строение, включая дисульфидные связи под вторичной структурой — полностью насыщенные пептидными водородными связями регулярные конформации белковой цепи как целого или ее отдельных участков. Набор взаимодействующих между собой регулярных конформаций а-спиралей, -структур и т.д. образует нативное пространственное строение белковой молекулы, названное Линдерстрем-Лангом третичной структурой. Таким образом, классификация Линдерстрем-Ланга, по существу, представляет собой формулировку принципа пространственной организации белков. Очевидно, разделение пространственной структуры белка на вторичную и третичную является условным и может иметь смысл только в том случае, если пространственное строение макромолекулы действительно представляет собой ансамбль сравнительно немногочисленных канонических форм полипептидов. В то время этот вопрос был далек от своего решения. Позднее иерархия структур Лин-дерстрем-Ланга пополнилась еще одной, четвертичной, структурой, характеризующей агрегацию белковых молекул или достаточно обособленных субъединиц. Примерами белков с четвертичной структурой могут служить гемоглобин, молекула которого состоит из четырех субъединиц, белок вируса табачной мозаики, представляющий собой систему из 200 одинаковых глобулярных молекул. [c.27]

Из полученного при исследовании синтетических полипептидов огромного экспериментального материала хотя и не было сделано обобщающих представлений о причинах стабильности регулярных структур, тем не менее стала очевидной необходимость привлечения новых факторов для ее объяснения. Из опытных данных следовала ограниченность концепции, согласно которой регулярные структуры поддерживаются исключительно водородными связями между пептидными группами. Такие факты, как наличие а-спирали в водной среде, реализация спиральных структур у полипептидов, основная цепь которых лишена возможности образовьшать внутренние водородные связи, относительная легкость перехода спираль-клубок и разрушение спиралей при изменении состояния боковых цепей и т.д., свидетельствовали о том, что пептидная водородная связь по меньшей мере не является единственной причиной, ответственной за стабильность регулярных структур. [c.37]

В результате начинает постепенно формироваться представление, что конформационная стабильность пептидов определяется совокупностью многих факторов. Среди них выделяют взаимодействия пептидных групп между собой, боковых цепей друг с другом и с пептидным остовом, с молекулами растворителя, которые могут иметь различную природу. В чисто качественном плане и пока несистематически обсуждаются роли ван-дер-ваальсовых контактов и дисперсионного притяжения, ионных пар и их электростатических эффектов, водородных связей между основной и боковыми цепями большое значение начинают придавать гидрофобным связям. Несмотря на это, доминирующей все еще остается концепция об исключительной роли пептидных водородных связей в устойчивости регулярных структур. [c.37]

Представление об исключительной роли водородных связей неизбежно следует из имеющегося в то время экспериментального материала, который свидетельствовал о структурном единстве фибриллярных и глобулярных белков и синтетических полипептидов. Как в твердом состоянии, так и в растворе пептидные цепи тех и других белков наблюдались в однотипных спиральных или -структурных конформациях, т.е. в таких формах, которые только и могли обеспечить полную насыщенность водородными связями между пептидными группами. Следовательно, в силу взаимообусловленности концепций спиральности и водородного связывания утверждение, что наиболее стабильные полипептидные структуры регулярны, эквивалентно утверждению полипептидные структуры содержат 100%-ное количество пептидных водородных связей. Среди всех видов слабых невалентных взаимодействий атомов водородная связь максималыю понижает энергию системы. Л. Полинг и Р. Кори оценивали энергию пептидной водородной связи N-H...O= -8,0 ккал/моль. Заметим, что эта величина по крайней мере в два раза выше ее реального значения. В связи с чем вполне оправданно выглядит предположение, что водородная связь вносит вклад в стабилизацию регулярных структур полипептидного остова или, иными словами, является тем фактором, который диктует способ укладки полипептидной цепи. Так как водородная связь обладает направленностью и проявляется в узком интервале расстояний между группами NH и СО около 1,8 А, то, очевидно, наиболее предпочтительными должны быть те регулярные конформации, которые обеспечивают для образования водородных связей между всеми пептидными группами оптимальные условия. Именно такими конформациями оказались а-спираль и -структура складчатых листов, [c.233]

Значимость пептидных водородных связей для поддержания регулярных конформаций в водной среде, где возможно образование конкурентных водородных связей групп С=0 и N-H с молекулами растворителя, была поставлена под сомнение Козманом [4]. Экспериментальные данные Дж. Шеллмана [29], И. Клотца и Дж. Франзена [30, 31], действительно, показали, что энергия водородной связи N-H...O= в водном окружении незначительна (1,5-0 ккал/моль). [c.235]

Часть углеводородных групп в молекуле белка, которые могут осуществлять гидрофобные взаимодействия, велика. К ним относятся боковые цепи остатков валина, лейцина, изолейцина, фенилаланина, триптофана, пролина и аланина. У большинства белков эти остатки составляют 35—45% всего аминокислотного состава. В гидрофобных взаимодействиях могут участвовать и углеводородные фрагменты полярных боковых цепей. У. Козман предполагает, что пептидных водородных связей вполне достаточно для стабилизации нативной конформации белка. О большой роли гидрофобных взаимодействий свидетельствует сильный денатурирующий эффект слабополярных растворителей, в частности спиртов. Действие таких растворителей определяется контактами с углеводородными группами, которые нарушают гидрофобные взаимодействия. Денатурирующее действие спиртов на белки возрастает с увеличением размеров алифатического радикала. Сильный денатурирующий эффект мочевины и гуанидиновых солей также объясняется их способностью ослаблять гидрофобные взаимодействия. В то же время известно, что электролиты, как правило, являются слабыми денатурирующими агентами. Это, по-видимому, связано с тем, что солевые связи в белке не вносят существенного вклада в стабилизацию нативной конформации. [c.240]

В основу поиска геометрических критериев упаковки вторичных структур Птицыным положена простейшая полипептидная цепь — гомополимер из аминокислот с гидрофобными боковыми группами. Предполагается, что такая цепь в водном окружении обладает вторичными структурами, стабилизированными пептидными водородными связями, и третичной структурой, стабилизированной гидрофобными взаимодействиями боковых групп вторичных структур. Реальное поведение гомополипептидов в растворе, однако, не дает оснований для подобных предположений [159]. Молекулы гомополипептидов, как и молекулы практически всех искусственных полимеров, имеют огромное количество близких по энергии непрерывно флуктуирующих в растворе свернутых форм, среди которых могут быть линейно регулярные. В отличие от белков здесь не возникает самой простой проблемы поиска геометрии глобальной структуры все свойства синтетических полипептидов обусловлены их статической природой. Следовательно, выбор гомополипептида для описания строго детерминированного процесса свертывания белковой цепи в конформационную стабильную трехмерную структуру нельзя признать удачным для подтверждения высказанных положений. Сомнителен также введенный автором принцип "внутренней организации участков аминокислотной последовательности, эквидистантных в отношении середины цепи" [191. С. 200], согласно которому центр всей последовательности и центры участков при последующем кратном делении цепи наделяются свойствами, не имеющими ничего общего с реальными конформационными свойствами как искусственных гомополипептидов, так и эволюционно отобранных аминокислотных последовательностей. [c.285]

Концепция о доминирующем значении регулярных вторичных структур (начало 1950-х годов) и супервторичных структур (начало 1970-х годов) никогда не была подкреплена ни строгим доказательством, ни даже просто убедительными доводами. К последним трудно отнести утверждение об особой роли в стабилизации структуры белка пептидных водородных связей, если учесть имеющиеся экспериментальные данные и принять во внимание то обстоятельство, что свертывание белковой цепи происходит в водной среде. Несостоятельность схемы Шульца и Ширмера заключается не только в том, что в ней не учитывается значрггельная доля аминокислотных остатков в создании белковой структуры. Конечно, трудно, но можно было бы объяснить (привлекая, например, в качестве аналогии кристаллизацию перенасыщенного раствора под действием затравки), почему ответственными за построение нативной конформации, в частности а-химотрипсина, являются лишь 27% остатков, а С-концевого домена папаина и того меньше — только 7%. Однако рассматриваемые концепция и схема остались бы столь же ошибочными, даже если увеличить содержание вторичных структур в несколько раз. [c.314]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология