Белки время релаксации

Диэлектрические постоянные белков, время релаксации и фор [c.4]

Диэлектрические постоянные белков, время релаксации и форма белковой молекулы [c.169]

Ценную информацию о ферментах можно иногда получить из анализа сигнала ЯМР протонов в воде (растворителе). Время релаксации протонов свободной воды обычно больше 1 с. Однако протоны координационно связанных молекул воды в ионе Мп(Н20)б характеризуются гораздо более высокими скоростями релаксации (значения Т и порядка 10 с). Поскольку координационно связанные молекулы воды обычно очень быстро обмениваются с молекулами окружающей среды, небольшое количество ионов марганца может вызвать существенное повышение скорости релаксации протонов всех молекул воды. При этом с помощью подходящих методов можно наблюдать уширение линии протона в спектре ЯМР и изменения величин Т и Т2. Известно, что сила воздействия парамагнитного иоиа на магнитную релаксацию соседнего ядра обратно пропорциональна межъядерному расстоянию в шестой степени. Принимая, что в гидратированном ионе Mп + расстояние между Mп + и Н равно 0,287+0,005 нм, можно найти количественные соот- ошения между изменениями величин Т и Гг, с одной стороны, и числом молекул воды, входящих в координационную сферу связанного белком иона металла в любой фиксированный момент времени, и скоростью их обмена с молекулами растворителя, с другой стороны. [c.128]

Например, пикосекундные сигналы, получаемые от работающего белка — фермента, трактуются как время релаксации светового возбуждения (снимаются спектры вынужденной флуоресценции), и из этого времени удается извлечь как период биохимического оборота в расчете на одну молекулу, так и положение и размеры непосредственно задействованного в каталитическую реакцию участка. При некоторых дополнительных опытах комбинированная информация становится и структурно-динамической в прямом значении этого понятия [227]. [c.316]

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

Если результаты гидродинамических измерений интерпретировать упрощенно, то можно прийти к выводу, что гидратационные слои дают вклад в инерционность молекулы белка (в растворе), а время жизни молекулы воды в этих слоях должно быть велико ло сравнению с характеристическим временем движения белковых молекул. Например, если ориентационные времена релаксации больших белковых молекул, согласно, скажем, измерениям частотной зависимости диэлектрической проницаемости или вычислениям из закона Стокса, составляют Ю" с, то можно ожидать, что продолжительность их жизни будет значительно больше. Однако такая точка зрения неправильна. Чтобы объяснить данные гидродинамических измерений, достаточно предположить, что при гидратации белка молекула воды находится в определенном положении. Если это условие удовлетворяется (а для этого молекула воды должна резко изменить свой угловой момент инерции, как если бы она внедрялась в массу растворителя или же покидала его), то продолжительность жизни молекулы воды может быть меньше, чем время, которое характеризует движение белка и еще дает вклад в инерционность белковых молекул. На то, что это требование удовлетворяется, указывают рентгенографические данные, согласно которым многие молекулы воды в гидратационном слое находятся в определенных положениях. [c.161]

Эта точка зрения, согласно которой вблизи поверхности белка имеется один или два слоя воды, очень сходной с объемной водой, но имеющей приблизительно в 100 раз большее время корреляции, согласуется с результатами измерения диэлектрической дисперсии в растворе белка [21, 22]. Эти данные обнаруживают распространение дисперсии, в данном случае диэлектрической проницаемости при высоких частотах, в область частот порядка нескольких сотен мегагерц, что является указанием на увеличение времени ориентационной релаксации фракции растворителя (воды). Мы определяем эту воду как молекулы воды в первой (а возможно, и во второй) гидратационной оболочке вблизи полярных групп, во многом аналогичные воде, которая обнаруживается рентгенографическим методом. Динамика этой воды изменяется пол влиянием стерических факторов и образования водородных связей с участием групп на поверхности белка. Эти требования могут быть выведены из результатов рентгенографического исследования. Время корреляции является по существу временем обмена - 10 с и вытекает из динамики диффузии растворителя вблизи поверхности. В частности, нельзя предположить, что обмен воды из этих слоев будет протекать более медленно. Если бы это происходило в интервале 10 —10 с, то это бы сказалось на величине члена А, но этого не наблюдается. Трудно представить себе такой тип связывания воды с поверхностью типичного белка, при котором молекулы воды удерживались бы у поверхности еще более длительное время и в то же время допускалась свободная реориентация молекул воды. Кроме того, следует вспомнить, что ориентационное время релаксации воды на поверхности раздела в замороженных растворах белка лишь немного больше, чем этот параметр прп —35°С (10 с) [2]. Поэтому имеется весьма мало оснований думать, что существуют молекулы-воды, время обмена для которых намного меньше 10 9 с. [c.177]

Этот метод можно использовать при сравнении различных молекул белка и других макромолекул. Можно вычислить относительные времена релаксации сравниваемых веществ в одинаковых растворителях и полученные данные использовать для сравнения объемности различных макромолекул. В гл. 6 мы увидим, что в действительности для этой цели можно использовать множество различных свойств и в разделе 25 мы снова вернемся к временам диэлектрической релаксации в этой же связи. [c.136]

Меняя частоту поля от высокой до низкой, можно установить ту критическую частоту, которая соответствует времени релаксации. Если эта критическая частота равна п, то время релаксации будет равно t 12-кп, а молекулярный объем будет равен =ЯТ /Зу, где -п — вязкость раствора. Если частица не имеет шарообразной формы, а представляет собой эллипс, то для времени релаксации находят не одно значение, а два. Одно значение соответствует времени поворота вокруг длинной оси, другое — вокруг короткой оси. Определение этих двух значений для времени релаксации позволяет вычислить отношение осей (а/Ь) молекул белков в их водном растворе. Найденные этим методом величины а/Ь для различных белков приводятся ниже (при расчете не принята во внимание гидратация белков) [121, 123, 125, 126] [c.145]

До сих пор мы рассматривали белки как жесткие соединения с фиксированными дипольными моментами. Необходимо, однако, учитывать возможность того, что некоторые пептидные цепи внутри глобулярной молекулы белков обладают известной свободой и могут совершать колебательные или вращательные движения. В этом случае время релаксации их полярных элементов будет меньшим, чем время релаксации макромолекулы в целом [127]. Возможно, что некоторые из этих групп могут обусловить увеличение того прироста диэлектрической постоянной, который наблюдается при некоторых промежуточных частотах. В настоящее время мы не в состоянии еще точно определить распределение электрических зарядов внутри глобулярной молекулы белков. Хотя низкие величины прироста диэлектрической постоянной указывают на то, что заряды в молекуле распределены равномерно, все же имеется разница между зарядом поверхности глобулы белков и зарядом их внутренней части. Различия, доходящие до 0,78, были найдены между рНп (pH поверхности молекулы) и рНд (pH внутренней массы молекулы) [128]. [c.146]

Различают ферментативные реакции в сфере метаболизма (промежуточного обмена веществ), в эпигенетической сфере (синтез РНК и белков на генетическом материале) и в генетической сфере (изменение собственно генетического материала). Время релаксации при метаболизме находится в интервале от 10- до 102 с, в эпигенетической системе —от 10 до 10 с, тогда как время релаксации генетической системы измеряется временем жизни многих поколений [14, 130]. В каждой из названных сфер наблюдаются свои специфические эффекты образования пространствен- [c.114]

Вычислите время релаксации вращения для белка с мол. массой 100 ООО, считая, что парциальный удельный объем равен 0,74 см г , гидратация составляет 0,3 г Н О (г белка) и белок может быть аппроксимирован вытянутым эллипсоидом с аксиальным отношением 8. [Примечание лучше использовать данные рис. 10.11, Б, чем уравнение [c.221]

Были разработаны методы для изучения очень быстрых переходных процессов, хотя трудности, связанные с решением уравнений скорости, иногда мешают анализу таких систем. Однако, даже если нельзя решить уравнения скорости, в случае многих кинетических систем решение можно найти для условий, близких к равновесным. Это делают линеаризацией уравнений скорости, что приводит к системе линейных дифференциальных уравнений, которую можно решить стандартными методами. Для исследования быстрых процессов вблизи равновесия можно использовать релаксационную спектрометрию, регистрируя кинетику перехода химических форм системы к новому положению равновесия. Такой подход привел к пониманию деталей многих процессов. При изучении спектров времен релаксации ферментативных реакций было обнаружено, что связывание субстрата (лиганда) с ферментом происходит с частотой на 1—2 порядка ниже предельной величины, соответствующей случаю диффузионного контроля. Кроме того, обнаружены конформационные изменения молекулы белка, время протекания которых составляет от 10- до Ют с. [c.82]

Молекулы АТ обладают некоторой гибкостью, т. е. способностью к конформационным превращениям. С помощью поляризованной люминесценции комплексов IgG с люминесцирующими красителями были установлены времена вращательной релаксации т, оказавшиеся порядка 50 не (см. 5.5). Эти значения соответствуют броуновскому вращательному движению не всей молекулы белка, но малых ее участков, т. е. указывают на гибкость молекулы белка. По-видимому, домены обладают подвижностью. Взаимодействие гаптена с АТ приводит к заметному увеличению X, что указывает на изменение конформации АТ. Было установлено, что при образовании комплекса АТ—А Г конформация АГ также меняется. Данные оптических измерений подтверждаются исследованиями спектров электронного парамагнитного резонанса антител, содержащих парамагнитные метки. [c.126]

Кинетика достижения равновесной степени спиральности при переходе спираль — клубок интересна не только сама по себе, но и с точки зрения ее прямой связи со скоростями конформационных перестроек в белках, обусловливающих их ферментативную активность, и другими биологическими процессами. По индивидуальным сигналам от обеих форм (см. разд. 13.4.1), отстоящим друг от друга примерно на 100 Гц, можно оценить их время жизни, которое в данном случае не может быть меньше 10 с судя по остаточной мультиплетности протонных сигналов в спектрах некоторых полипептидов (например поли-Ь-аланине), минимальное время жизни конформационных состояний порядка 10 с. С другой стороны, методами температурного скачка [161], диэлектрической релаксации [162—164] и ультразвукового поглощения [165, 167] для этого характеристического времени получены величины порядка 10 с или даже меньше теоретическая оценка согласуется с данными этих методов [163, 168, 170]. Таким образом, данные метода ЯМР заметно противоречат результатам других методов и это противоречие нельзя устранить, даже предположив, что часть рассмотренных нами результатов ошибочна. [c.322]

Достаточно большие времена жизни металлсодержащих белков в конформационно неравновесных состояниях делают возможным оценить их химическую реакционную способность. Измерили константы скорости некоторых специфических реакций этих белков сразу после образования их неравновесных состояний и в течение релаксации. Были подробно исследованы следующие реакции окисление восстановленных железосодержащих белков феррицианидом калия или некоторыми металлсодержащими белками в окисленной форме. [c.79]

Описанные выше исследования белков в конформационно неравновесных состояниях требуют сложной экспериментальной техники низкие температуры для замедления релаксации, импульсные методы для одновременной реализации локальных химических изменений в значительной части молекул белка в образце и т. д. Совершенно ясно, однако, что аналогичные события могут иметь место и с отдельными молекулами белка во время их функционирования при физиологических температурах, без искусственно навязанной синхронизации. Полученные до сих пор данные доказывают, что многие реакции белков действительно протекают в две главных стадии быстрые локальные изменения с последующей медленной релаксацией, в ходе которой белковые молекулы проходят через серии существенно неравновесных состояний и реализуют (для ферментативных процессов) трансформацию субстрата в продукт. [c.80]

Карбоксипептидаза А катализирует гидролиз некоторых концевых пептидных связей в пептидах и белках и содержит один атом цинка в молекуле. Путем замены цинка на Мп + в фермент можно ввести парамагнитный зонд, при этом активность хотя и снижается, но не утрачивается полностью. Изменения эффекта парамагнитного усиления релаксации протонов воды показали, что связывание таких ингибиторов, как бромацетат, приводит к вытеснению молекулы воды из координационной сферы иона Мп +, соединенного с ферментом, что указывает на непосредственную связь между ингибитором и ионом Мп + [14]. Последующее изучение спектров ЯМР ингибиторов подтвердило гипотезу о прямом связывании с Мп + [15]. Однако для большинства ингибиторов не удалось определить расстояния из-за того, что т , с [уравнение (23.5)]. Несмотря на это, можно определить верхнюю границу возможных расстояний, полагая ЕсЛи и величины одного порядка, то можно, по крайней мере в принципе, измерить т , независимым путем,что позволяет затем рассчитать Условие 2т > 1,2га при исследованиях ферментов выполняется очень часто, так как (т. е. время жизни комплекса металл -фермент — лиганд) часто имеет порядок 10 с, что совпадаете типичными значениями для Т 2т- [c.389]

Пояснения. Динамические свойства обнаруживают изменения при уровнях гидратации выше 0,4 г воды/г белка, что соответствует моменту завершения изменений статических свойств. Вследствие того что последние отражают формирование монослоя воды вокруг молекулы белка, дополнительная вода, обнаруживаемая при измерении динамических свойств, представляет собой воду многослойного покрытия. Кроме того, гидратация в значительной степени влияет на некоторые кинетические свойства. Следует ожидать более сложной зависимости от степени гидратации для динамических свойств, чем для статических. Все статические свойства (по крайней мере термодинамические) имеют простую молекулярную основу. Разнообразные переходные состояния, управляющие кинетикой, напротив, должны непременно отличаться друг от друга. В самом деле, замечательно, что согласие между данными динамических и статических измерений оказывается таким хорошим при определении последовательности стадий во время протекания процесса гидратации. Как отмечено выше, каждый из методов— ЯМР-спектроскопия, измерения диэлектрической релаксации, ЭПР-спектроскония и измерения ферментативной активности — определяет одну или более стадий процесса гидратации, что проявляется при измерении статических свойств. [c.130]

Времена спин-решеточной релаксации для протонов белка определяли, используя последовательность импульсов 90°—т— —90°. Амплитуду спада свободной индукции измеряли через 15—20 мкс после окончания второго импульса. При этом брали среднее из 30 повторных замеров. Чтобы получить для протонов воды релаксационную кривую, по виду идентичную описываемой законом с двумя экспоненциальными членами, первую [c.155]

Для протекания стадии транскарбоксилирования необходимо присутствие определенного, связанного с белком иона двухвалентного металла, обычно Мп +. Это обстоятельство позволило исследовать геометрию связывания субстратов относительно Мп + релаксационными методами (ЭПР и ЯМР) [8—10]. Роль металла может состоять прежде всего в облегчении енолизации акцептора карбоксила. Однако в случае пиру-ваткарбоксилазы анализ влияния связанного Мп + на времена релаксации С в субстрате показал, что расстояние между карбонильным углеродом и составляет 0,7 нм. Это слишком большое расстояние, чтобы можно было предположить образование прямой координационной связи между металлом и карбонильным кислородом. Другое довольно привлекательное объяснение состоит в допущении образования связи между металлом и карбонильной группой биотина, как показано в уравнении (8-7) результатом (который мог бы быть вызван и образованием водородной связи с протоном) будет улучшение свойств биотина как уходящей группы в реакции замещения [11]. [c.198]

Метод спиновых меток оказался весьма эффективным для изучения структуры биологических мембран и конформационных явлений в мембранах [263, 264]. Весьма перспективно изучение ядерной релаксации в биополимерах, содержащих парамагнитную метку. Время релаксации зависит от взаимодействия спинов ядра и электрона и, следовательно, от расстояния между ними (Т пропорционально г ). Тем самым, можно получить информацию о геометрии молекулы и о ее движениях [265]. В работах [266] изучались спектры ЭПР и ЯМР алкогольдегидроге-назы, меченной аналогом никотинамидадениндинуклеотида. Оказалось, что метка конкурирует с НАД-Н в месте связывания ферментом, сильно иммобилизуется белком, резко изменяет время релаксации протонов воды, причем величина Т сильно зависит от концентрации спирта. Установлено место связывания спирта этим ферментом и оценены кинетические и геометрические характеристики системы. [c.346]

Представления о механизме возникновения гидрофобных взаимодействий, развиваемые Шерагой, подтверждаются при наблюдении ряда свойств водных растворов глобулярных белков и ПАВ. Исследование указанных систем представляется чрезвычайно плодотворным для получения экспериментальных доказательств основных предпосылок теории гидрофобного взаимодействия. Безусловно, необходимы и прямые исследования структурирования воды вблизи углеводородных молекул. Некоторые попытки таких исследований были выполнены Песиком и Клиффордом [71] цтГ с помощью ЯМР-спектроскопии, однако пока не получено ясных результатов. Тем не менее Герцем и Цайдлером [72] показано, что время релаксации молекул воды вблизи углеводородных лю-лекул в 2 раза больше, чем у чистой воды. Создание количественной теории жид] ой воды и, следовательно, детального механизма гидрофобных взаимодействий возможно только при комплексном рассйтотренин данных, получаемых при исследованиях водных растворов как методом ЯМР, так и в результате разнообразных физико-химических исследований систем, свойства которых он-реде.ляются гидрофобными взаимодействиями. [c.17]

Этот методг удобен для-изучения -асимметричных н алечкеоб-разных молекул, в частности фибриллярных белков, у которых время релаксации лежит в области от 10" до 1 сек. Асимметрия [c.178]

Для чистой воды значения Ту и Тг равны и определяются интенсивностью броуновского (теплового) движения чем быстрее это движение, тем длиннее времена релаксации. При комнатной температуре Ty iiTz с. Для молекул воды, адсорбированной на каких-либо поверхностях, например на макромолекулах белков, значения Ту в сотни, а Га — в тысячи раз короче, чем в чистой воде, и сильно зависят от количества адсорбированной воды. Так, для воды, адсорбированной в количестве 10% на альбумине, Га является величиной порядка 300 мкс. Для нормально оводнениых клеток Га воды имеет значения порядка 50—200 мс в зависимости от объекта [72, 73]. При этом укорочение времен релаксации, как правило, коррелирует с величиной отношения площади поверхности клеток к объему чем больше это отношение, т. е. чем больше площадь контакта молекул воды с неводными компонентами, тем короче времена релаксации. Это сопоставление времен релаксации показывает, что молекулы воды испытывают весьма заметное влияние со стороны неводных компонент и, следовательно, исходя из обратного, исследование характеристик воды может дать представление об изменениях в структуре и функциях клеток [65], о влиянии гидратации на состояние и функционирование белков реакционных центров путем сообщения им конформацион-ной подвижности. [c.37]

Ha рис. 12.7 представлены типичные результаты измерений упруговязкой релаксации ДНК. Обратите внимание на чрезвычайно большие времена релаксации молекул, массы которых составляют 10 и более а.е.м. Отличное согласие с экспериментом, полученное для ДНК с известными молекулярными массами, показывает, что формула (12.34) правильна. Данный метод с успехом использовали для определения молекулярных масс ДНК вплоть до зничений, близких к Ю . Гигантские молекулы ДНК с такой молекулярной массой (примером которых могут служить молекулы, выделенные из целых развернутых хромосом бактерий или эукариот) настолько непрочны, что их невозможно даже переместить из одного сосуда в другой. Для того чтобы их исследовать, необходимо клетки, содержащие такую ДНК, подвергнуть лизису непосредственно в ротационном вискозиметре и освободить ДНК in situ от связанных с ней белков посредством обработки детергентами и ферментативного расщепления. Для смешивания этих реагентов с клеточным лизатом можно использовать только конвекцию, поскольку любое перемешивание недопустимо. Естественно, приходится ограничиваться очень малыми скоростями ротора, чтобы уменьшить вероятность разрыва молекулы в градиенте скорости. Угол, на который повернется ротор за промежуток времени между включением вращающего момента и началом процесса релаксации, должен быть минимальным это всегда менее одного оборота. [c.282]

Возникает вопрос откуда берутся в денатурированной форме элементы упорядоченных структур Скорее всего такие элементы а-спиралей и /3-слоев образуются в разупоряло-ченной цепи флуктуационно. В этой связи представляют интерес эксперименты по ультразвуковой релаксации (G. Hammes, Р. Roberts, 1969) для выяснения динамики перехода спираль — клубок в поли-Ь-орнитине. Измерения показали, что время релаксации перехода составляет примерно 10 с. Это означает, что скорость формирования и разрушения спирали на несколько порядков выше, чем наблюдаемая скорость процесса сворачивания — разворачивания белков в целом. Таким образом, денатурированные молекулы могут находиться в состоянии динамического равновесия с набором молекул, среди которых есть такие, которые содержат спиральные участки. Эти участки в свою очередь могут служить центрами нуклеации при ренатурации белка. [c.235]

Рассмотрим два примера. Первый пример — исследование связывания лиганда ферментом в ходе иекатализируемой реакции. При этом могут произойти два физических события связывание и индуцируемое лигандом конформационное изменение фермента. Чтобы установить число промежуточных стадий и определить соответствующие им константы скорости, прежде всего необходимо определить число времен релаксации и найти их концентрационную зависимость. В идеальном случае число времен релаксации будет равно числу стадий данной реакции. Если найдено даже одно время релаксации и его концентрационная зависимость нелинейна, это может означать, что процесс протекает в две стадии [например, уравнения (4.71) и (4.74)], Далее стоит воспользоваться несколькими физическими методами (например, исследовать флуоресценцию и поглощение лиганда и белка), поскольку некоторые стадии могут быть выявлены только с помощью одного из этих методов. В ходе рассматриваемой реакции могут протекать и другие физические процессы, например отдача или присоединение протона или изменение степени агрегации белка. В первом случае весьма полезен еще один метод — измерение pH, для чего можно использовать просто цветные индикаторы. Агрегация осложняет кинетические исследования, однако ее можно обнаружить и количественно охарактеризовать, что также даст дополнительную информацию. Для исследования простых реакций релаксационные методы часто оказываются эффективнее струевых, поскольку позволяют изучать более быстрые процессы. Однако иногда метод остановленной струи более ценен, например, при исследовании процессов, слишком медленных, чтобы применять метод температурного скачка. Кроме того, некоторые эксперименты (такие, как исследование влияния сильных изменений pH) можно осуществить только в том случае, если использовать методы, включающие быстрое смешивание реагентов (хотя небольшого изменения pH можно добиться, применив метод темпера- [c.151]

Внутримол. динамика мембранных белков изучена меньше, чем липидов. Известно лишь, что боковые заместители на тех участках полипептидной цепи, к-рые погружены в липидный бислой, в значит, мере иммобилизованы. Мн. мембранные белки способны легко диффундировать вдоль мембраны и обладают довольно высокой вращат. подвижностью. Но даже в случае самых подвижных белков измеряемые коэф. диффузии примерно на порядок ниже, чем для липидных молекул. Времена вращат. релаксации для интегральных белков лежат в диапазоне от 20 до 500 мкс, а коэф. латеральной диффузии (вдоль бислоя) варьирует от 7-10 до 10 см -с . [c.30]

Как мы видим, молекулы меньшего разме1Йа вращаются гора"здо быст- рее, чем крупные молекулы, времена вращательной релаксации не- льших по размерам белков имеют тот же порядок, что и константа ко дай активных соударений, частота коМрй3 .ламитируётся,дй у 31%е9., [c.17]

Шульман н сотр. [ИЗ—115] исследовали активный центр карбоксипептидазы А путем измерения релаксации малых молекул, связанных с этим ферментом. Карбоксипептидаза является протео-литическим металлсодержащим ферментом, который катализирует расщепление С-концевой пептидной связи в пептидах и белках. Она имеет молекулярную массу 34600 и содержит 1 атом цинка на молекулу, который обусловливает каталитическую активность, но фермент остается активным при замене 20 + на ионы Мп + или Со2+ [116]. Кристаллическая структура фермента известна [117, 118]. С атомом металла координированы три белковых лиганда, и имеются свободные положения по меньшей мере еще для двух лигандов. Связывание растворителя (НгО) [ИЗ], ингибиторов [114] или фторид-иона [115] на активном центре Мп2+-фермента влияет на релаксацию связанных ядер не только потому, что белок имеет длинное время корреляции, но также вследствие наличия парамагнитного иона металла. Уширение резонансных сигналов растворителя было объяснено тем, что одна молекула воды связывается с ионом Мп2+. Как следует из измерения уширения пиков метильных или метиленовых протонов конкурирующих ингибиторов — индо-лилуксусной, г/7ег-бутилуксусной, бромуксусной и метоюсиуксус-ной кислот — и одновременного определения времен корреляции взаимодействия протонов ингибитора с металлом, релаксация определяется главным образом временем обмена комплекса белок — ингибитор. Используя известные константы Михаэлиса — Ментен и эти данные, можно определить константы скорости всех отдельных стадий реакции фермента с субстратом. [c.393]

Любое локальное химическое изменение молекулы белка (присоединение субстрата или ингабитора к активному центру, редокс изменения металла в простетической группе, ионизация кислотной или основной группы и т.д.) приводит к появлению конформационно неравновесного состояния. Быстрая колебательная релаксация активного центра и его ближайшего окружения происходит немедленно после локального возмущения, в то время как структура основной белковой глобулы остается практически неизменной. Молекула становится неравновесной. Новое, кинетически доступное состояние фермент-субстрат-ного комплекса соответствует конформационно измененной структуре с продуктом, связанным с активным центром. Превращение субстрата в продукт реализуется в ходе конформационной релаксации фермент-субстратного комплекса к новому состоянию равновесия. Этот переход протекает чрезвычайно медленно по сравнению с масштабом времени колебательной релаксации. В некоторых случаях этот процесс занимает несколько сотен миллисекунд или даже несколько секунд [37]). [c.68]

Несколько примеров. Для многих белков были измерены при комнатной температуре характерные времена различных стадий релаксации после скачкообразного восстановления иона железа в активном центре [41]. Для цитохрома С (один из главных компонентов дыхательных электрон-транспортных цепей в митохондриях аэробных организмов), при pH 10,6 были зарегистрированы три релаксационные стадии с характерными временами, около 50 мкс, 0,5 мс и 0,3 с. Для гемоглобина при pH 7,4 масштабы времени обнаруженных релаксационных стадий были 70 мкс, 0,3 мс, 0,6 мс и 50 мс. Для железосерного белка — фер-редоксина были зарегистрированы две четкие стадии с характерными временами около 100 мкс, 0,2 с. [c.79]

К магнитному полю, позволило точно определить ориентацию групп гема в этих кристаллах. Плоская группа гема содерлсит парамагнитный атом железа, иеспареиные электроны которого попадают в магнитное поле различной напряженности, зависящей от угла между приложенным внешним полем и локальным полем асимметричного гема. Так как частота в экспериментах с ЭПР имеет, как правило, величину порядка 10 гц, небольшие молекулы (разумеется, речь идет не о белковых молекулах) за время одного периода успевают несколько раз переменить свою ориентацию. Такая переориентация приводит к усреднению поля, в котором находятся иеспаренные электроны, по многим молекулам и в результате — к сужению линий в спектре ЭПР. Крупные молекулы типа белков не подвержены действию такого усреднения, и поэтому, если требуется сравнить их спектры со спектрами небольших молекул, в обоих случаях нужно пользоваться твердыми образцами или замороженными растворами. У свободных радикалов механизм релаксации отличается от механизма релаксации рассмотренных выше молекул, содержащих парамагнитный ион, поэтому для свободных радикалов можно получить хорошо разрешенные спектры и при комнатной температуре. [c.182]

Вода играет важную роль в живых системах и в значительной степени определяет структуру и функции биологических полимеров, таких, как белки. Однако в этом сообщении мы сконцентрируем внимание в первую очередь не на том, как влияет вода на биополимеры, а на влиянии биополимеров на воду, которая с ними взаимодействует. Представляют интерес изменения структурных, энергетических и динамических свойств молекул воды. В результате изучения вращательной подвижности молекул воды на поверхности белков молекулы растворителя были поделены на три группы [1]. Первая группа включает быстро реориентируемые молекулы с временем вращательной релаксации (тг) не более 10 " с. В следующую группу входят частицы, имеющие время вращательной релаксации пример,но 10 с они предположительно идентифицируются как молекулы воды, связанные сильной связью с ионными остатками. Третья группа имеет Тг порядка 10- с эти молекулы растворителя считаются связанными с макромолекулами связями, запрещающими вращение примером могут служить четыре молекулы воды, распо- [c.31]

Распределение молекул воды вокруг поверхности белка в рубредоксине имеет два отчетливых максимума главный при 2,5—ЗА, меньший при 4—5 А. На больших расстояниях вода переходит в непрерывный объем. ХО рошо различимые молекулы воды обычно распределяются вдоль поверхности белка, за исключением областей, в которых сконцентрированы гидрофобные боковые цепи и которые почти лишены идентифицируемой воды (см. рис. 6—8 и 11 в [27]). Это, конечно, не означает, что в этой области отсутствуют молекулы воды, просто их высокая подвижность препятствует их идентификации в определенных местах. Даже вокруг заряженных и полярных групп, где рентгеноскопические исследования идентифицируют воду в определенных местах, подвижность, судя по данным ЯМР-релаксации, все еще велика (время корреляции порядка наносекунд). В прошлом многие из нас привыкли думать, что гидратная вода вокруг белка значительно менее подвижна, но эта интуитивная точка зрения была, по-видимому, ошибочной. [c.89]

В общем требуется осторожность при выражении вкладов как внутри-, так и межмолекулярной релаксации. Однако при рассмотрении поведения жидкостей на различных поверхностях межмолекулярной релаксацией часто пренебрегают. Такое предположение сразу открывает возможность описания динамики жидкости на поверхности [2—4]. В том случае, когда расстояние между протонами в молекуле воды известно, исследование скоростей релаксации при различных температурах или при различных частотах позволяет получить относительную оценку времен корреляции для воды на поверхности белка. Температурные зависимости времен спин-решеточной и спин-спиновой релаксаций, предсказываемые уравнениями (3) и (4), схематически показаны в виде сплошных линий на рис. 8.1. В точке минимума времени спин-решеточной релаксации соТс составляет около 0,616, а TJT2 — около 1,6. Так как величина известна, время корреляции определяется в точке минимума на кривой Ti— /T. [c.150]