Белки коэффициент трения

Поскольку молекулы белка имеют суммарные электрические заряды, удаленные от изоэлектрической точки, они движутся в растворе, когда к нему приложено электрическое поле. Если в процессе участвуют коллоиды или макромолекулы, он называется электрофорезом. Ионная подвижность и, которую рассчитывают как и для других ионов (разд. 11.5), зависит от суммарного заряда и коэффициента трения. [c.603]

Определение формы молекулы. Белки по своей форме разделяют на глобулярные и фибриллярные. Форма молекул глобулярных белков динамична и под влиянием ряда факторов, например pH, температуры или ионной силы раствора, может изменяться. Это обязательно нужно учитывать при определении формы белка. Одним из наиболее точных методов, регистрирующих форму белковой молекулы, является метод двойного лучепреломления в потоке. Отклонение формы молекул от сферической выражается отношением фрикционных коэффициентов f f , которое для глобулярных белков, имеющих шарообразную форму, близко к 1 (/— молярный коэффициент трения). Зная величину можно рассчитать соотношение осей молекулы белка. [c.45]

Считая отношение коэффициентов трения ///о равным 1,10 1,40 и 1,70, рассчитайте а) отношение осей, предполагая, что гидратация отсутствует, б) гидратацию, предполагая, что частицы имеют сферическую форму, в) отношение осей, предполагая, что на 1 г белка приходится 0,2 г воды. [c.183]

Гидродинамика. Оценки количества гидратационной воды, сделанные исходя из коэффициентов трения, в целом дают более высокие величины, чем значения, полученные из измерений термодинамических свойств [2]. В работе [27] установлено, что гидратация 21 белка соответствует среднему значению 0,53 г воды/г белка. [c.125]

Из предыдущего рассмотрения ясно, что точного уравнения, связывающего электрофоретическую подвижность с молекулярными параметрами, не имеется. В пределах приближения, вытекающего из игнорирования всех членов, кроме первого, в правой части феноменологического уравнения [уравнение (24-4)], и не отличающегося от того, которое было сделано при анализе данных по седиментации и диффузии высокомолекулярных электролитов в солевых растворах, могут быть сделаны два определенных утверждения. а) Подвижность и всегда прямопропорциональна заряду 2-макроиона. б) Подвижность всегда обратно пропорциональна коэффициенту трения, как показывают уравнения (24-6), (24-7) и (24-8), которые все применимы только к сферическим ионам (поскольку в знаменателе стоит выражение бяг] ). Это делает электрофорез могучим средством полуколичественного анализа, которое имеет огромное значение в химии белков. Многие приложения такого подхода являются по своей природе аналитическими и выпадают из плана настоящей книги, но другие, дающие полезную информацию относительно молекулярных свойств, будут здесь кратко описаны. Обсуждение ограничено данными по растворимым белкам, потому что основная масса работ в этой области выполнена на белках. (Пример электрофореза синтетического полиэлектролита будет приведен в разделе 27.) [c.479]

Седиментация в ультрацентрифуге является вторым методом, с помощью которого смесь белков может быть разделена на группы компонентов. Однако причина такого разделения совершенно иная, поскольку оно определяется отношением молекулярного веса к коэффициенту трения. Комбинация обоих методов привела к установлению наличия в человеческой сыворотке по крайней мере двенадцати различных белков . [c.489]

Молекулярные длины, рассчитанные для фибриногена по коэффициентам трения и вязкости, зависят от выбора числа сольватации (т. е. от выбора молекулярного объема). Величины, приведенные в табл. 29, были получены ,2 г воды г белка, причем такая величина была выбрана потому, что она представляет разумную оценку степени гидратации компактных молекул белка в водном растворе. Для вытянутой жесткой молекулы белка не следует ожидать больших отличий в гидратации по сравнению с компактной молекулой. Если выбраны другие приемлемые значения 6i, например 6i=0,5 г/г, то молекулярные длины, вычисленные при помощи вязкости и коэффициентов трения, могут измениться примерно на 10%. Нужно заметить, что фактически большие величины б , вполне допускаемые математически, являются физически неприемлемыми в нашем рассмотрении, так как они соответствуют гибкой клубкообразной модели, тогда как мы используем данные по вязкости и коэффициентам трения на основе модели с жесткой структурой. [c.506]

В качестве примера приведем измерения Вебера , проведенные на сывороточном альбумине. Измерения деполяризации, сделанные вблизи изоэлектрической точки белка, дают коэффициенты вращательной диффузии, которые согласуются с коэффициентами, определенными другими методами (табл. 29). Из этого вытекает, что флюоресцирующее место (в этом случае молекула красителя, соединенная с молекулой белка) является неспособным к независимому движению. Когда pH уменьшается, наблюдается резкое увеличение степени деполяризации, т. е. вращательное движение флюоресцирующего места становится облегченным. В то же самое время, как было показано на рис. 110, наблюдается увеличение поступательного коэффициента трения, которое в отсутствие других данных можно объяснить предположением, что либо сывороточный альбумин принимает новую удлиненную жесткую конформацию или что его структура становится рыхлее (набухает) и приближается к структуре гибкого клубка. В любом случае это должно сопровождаться увеличением вращательного коэффициента трения молекулы в целом. Наблюдаемое увеличение свободы вращения флюоресцирующего места должно, следовательно, соответствовать увеличению свободы внутреннего вращения, т. е. это означает, что новая конформация сывороточного альбумина является рыхлой, гибкой структурой. [c.512]

Во-вторых, с помощью физико-химических методов, применимых. к белковым растворам, можно установить молекулярный вес. Он может быть определен несколькими различными приемами, при условии, если материал монодисперсен. К таким приемам относятся методы измерения осмотического давления, светорассеяния, седиментационного равновесия и измерения скорости седиментации и диффузии. Все эти приемы основаны на различных принципах и часто дают не вполне совпадающие результаты. Это объясняется тем, что получаемые данные зависят не только от размеров и массы, но и от. электрического заряда, формы и степени гидратации белковых молекул. При измерении скорости движения частиц (например, скорости диффузии или скорости седиментации) хорошие результаты получаются только для тех молекул, форма которых близка к шарообразной, ибо они ведут себя в соответствии с изученными закономерностями. Отклонение от сферической формы (фибриллярные белки) и гидратация молекул приводят к различным ошибкам, так как движение молекул замедляется в результате увеличения коэффициента трения или эффективного размера частиц. [c.128]

Физико-химические методы, используемые для определения молекулярного веса белков, основаны на различных принципах и иногда дают сильно отличающиеся друг от друга результаты, толкование которых часто затруднительно и даже не всегда возможно. Это связано с тем, что результаты измерений зависят не только от величины и массы белковых молекул, но также и от их электрического заряда и формы. Последний фактор, в частности, имеет существенное значение в тех случаях, когда определяют скорость движения молекул, например скорость диффузии или скорость оседания в гравитационном поле. В то время как шарообразные молекулы в подобного рода опытах ведут себя закономерно, удлиненные нитевидные молекулы фибриллярных белков обнаруживают аномальное поведение. Отклонение от шарообразной формы приводит к увеличению коэффициента трения и соответственно — к снижению скорости диффузии. При определениях в концентрированных растворах, содержащих нитевидные молекулы, возникают и другие осложнения, зависящие от взаимных столкновений и временных связей молекул друг с другом. На результаты, полученные динамическими методами, влияет также гидратация частиц, поскольку движение молекул через растворитель будет замедлено, если поперечник их увеличится за счет гидратации. [c.48]

Шерсть обладает меньшим коэффициентом трения в направлении от корня волокна к кончику, т. е. в направлении расположения чешуек, нежели в обратном направлении, противоположном расположению чешуек. Получение волокна, обладающего направленностью коэффициента трения, является для химиков трудной, однако, по-видимому, не совсем невозможной задачей. Тем не менее, у искусственных белковых волокон показатели, определяемые на ощупь, не сильно отличаются от аналогичных показателей для шерсти поэтому при введении этих волокон в смеску с шерстью показатели, определяемые на ощупь, заметно не ухудшаются. В настоящее время еще невозможно получить ткань, состоящую на 100% из искусственного волокна, которая на ощупь не отличалась бы от шерстяной. В искусственных белковых волокнах отсутствуют цистиновые поперечные связи, которые, подобно перекладинам лестницы, связывают между собой длинные макромолекулы белка шерсти (рис. 139) и которые при растяжении волокна деформируются (рис. 140). При удалении растягивающего усилия поперечные связи возвращают макромолекулы в исходное положение, которое они занимали до того, как волокно было нагружено таким образом, волокно шерсти восстанавливает свои первоначальные размеры, и шерстяное изделие вновь приобретает исходную форму, а образующиеся на нем с сладки распрямляются. Роль поперечных цистиновых связей в шерсти очень большая предпринимались многочисленные попытки создания таких поперечных связей и у искусственных волокон но у большинства искусственных белковых волокон создаются поперечные связи другого типа (путем обработки волокна формальдегидом). Эти поперечные связи менее эффективны, чем цистиновые связи в шерсти. [c.492]

Величина отношения коэффициентов трения flf , где f—наблюдаемый коэффициент трения, — коэффициент трения сферической молекулы того же молекулярного веса, была принята Сведбергом в качестве меры несферичности формы и получила название коэффициента диссимметрии. Большинство белков благодаря сферичности формы молекул имеет коэффициент диссимметрии /7/о, приблизительно равный 1,2, тогда как у высокополимерных соединений он изменяется примерно от 2 для полистирола до 5 10 для весьма удлиненных молекул производных целлюлозы. [c.559]

РИС. 10.13. Влияние гидродинамического взаимодействия на трение. /1. Схема гидродинамического взаимодействия двух сегментов полимера. Сегменты движутся со скоростями и. и, а жидкость соответственно со скоростями V. и Чу. Центр масс движется со скоростью и. Расстояние между двумя сегментами Б. Три способа укладки четырех идентичных субъединиц белка. Влияние формы молекулы на коэффициент трения вычислено по теории Кирквуда—Райзмана (вверху) и для эллипсоидных моделей (внизу). [c.203]

Теория Бута, несмотря на всю ее сложность, не в состоянии удовлетворительно объяснить экспериментальные данные по электрофорезу макромолекул. Она хорошо описывает лишь случай равномерно заряженной сферы, а такая модель является очень плохим представлением белка или нуклеиновой кислоты. Вообразите эллипсоид с асимметричным распределением зарядов по объему. Электрическое поле вызовет появление на нем вращающего момента и перемещение его как целого. При этом возникнет преимущественная ориентация, и движение макромолекулы уже не сможет более описываться средним по всем ориентациям значением коэффициента трения. Более того, все эти эффекты влияют на характер распределения зарядов в ионном облаке. [c.301]

Несмотря на все перечисленные трудности, электрофорез является действенным и удобным средством анализа и разделения белков и нуклеиновых кислот, если не требовать от него количественных данных о структуре молекул. Все теории предсказывают в полном согласии, что подвижность прямо пропорциональна отношению суммарного заряда к коэффициенту трения. Так 1Я зависимость позволяет использовать электрофорез для получения информации об относительной величине заряда (для молекул, которые имеют одинаковые размеры и форму) или об относительных размерах (для молекул с одинаковыми зарядами). Наиболее распространено применение электрофореза для разделения и качественного анализа смесей молекул, опирающееся на различия в размерах и форме отдельных компонентов. [c.301]

Из уравнения (2) следует, что возрастает с увеличением М в том случае, когда парциальный удельный объем (и) и коэффициент трения (/) постоянны. Значения о обычно не претерпевают больших изменений при изменениях М, хотя они меняются в зависимости от аминокислотного состава белков. С другой стороны, коэффициент трения сильно зависит от М. За последние 20 лет было сделано немало попыток рассчитать зависимость между х и М (фактически соотношения / — М). Эта задача относительно проста для жестких стержней и твердых сфер, поэтому для глобулярных белков эта теория дает удовлетворительные результаты. Для гибких стержней, таких, как ДНК, этот подход не принес успеха, хотя недавно и был достигнут некоторый прогресс. [c.300]

Здесь в форме бла записан некий коэффициент пропорциональности, характеризующий динамические свойства (т. е. размер и форму) данной частицы. Мы могли бы обозначить этот коэффициент одной буквой, но для сопоставления с формулой (31) имеет смысл ввести в состав коэффициента пропорциональности неизменный множитель 6я. Проведя такое сопоставление, мы вправе утверждать, что интересующая нас частица будет двигаться в вязкой яшдкости точно так же, как сферическая частица с радиусом а — по крайней мере, в том смысле, что при движении со скоростью v эта эквивалентная сфера будет испытывать действие точно такой же силы трения Ft, как наша частица. Величину а и называют стоксовым радиусом для данной частицы. Это — динамическая характеристика размера и форма частицы (в нашем случае — макромолекулы белка). [c.147]

Рассмотрим вторую важную гидродинамическую характеристику макромолекул — коэффициент поступательного трения /. Очевидно, / просто выражается только для макромолекул-шариков. Подобный случай наблюдается для некоторых белков, макромолекулы которых имеют компактное строение (как принято говорить, глобулярное). [c.154]

Исходя из общих принципов термодинамики необратимых процессов, можно вывести уравнения, по форме очень близкие к полученным выше. В эти уравнения входят такие величины, как 5, О, коэффициенты активности и т. п. Чтобы приложить эти уравнения, скажем, к определению молекулярной массы белка в солевом растворе, необходимо сделать некоторые допущения. Достоинство термодинамического вывода состоит в том, что он позволил выяснить целесообразность этих допущений. К примеру, оказывается, что считавшееся нами раньше необходимым допущение о равенстве к оэффициентов трения в случае седиментации и диффузии (при выводе уравнения Сведберга) является в действительности излишним. [c.90]

Теперь рассмотрим константы белковой макромолекулы, называемые обычно гидродинамическими. Эти величины характеризуют поведение белковой макромолекулы в потоке жидкости. Ясно, что они зависят как от объема частицы, так и от формы. Первый из гидродинамических коэффициентов — это коэффициент поступательного трения /, вычисляемый из константы диффузии белка. Если бы макромолекула белка была шаром, то ее трение о среду /о выражалось бы законом Стокса [c.118]

В геле трение существенно возрастает, причем тем сильнее, чем больше масса молекул и меньше средний размер пор, т. е. чем больше величина Т (для малых значений С). Показано, что имеет место соотношение п и 1щ)= кцТ. Величина коэффициента торможения кя (порядка 0,1—0,4) зависит от среднего радиуса молекулы R и степени сшивки геля С, слабо увеличиваясь с ростом последней в пределах от 1 до 7. Для глобулярных белков Я лежит в диапазоне от 1,57 нм для лактальбумина (Л1=12 400) до 3,61 нм для церулоплазмина (М= 151 ООО). [c.15]

Изменения активности некоторых белков коррелируются, как правило, с изменениями ряда физических свойств. Так, изменение формы белковой молекулы можно установить по изменению некоторых гидродинамических характеристик (например, коэффициента трения, инкремента вязкости), по изменению светорассеяния, поверхностных свойств, диффузии через полупроницаемые мембраны и скорости седиментации [90]. Изменения термодинамических свойств (энтальпии и энтропии), объема, растворимости, оптического вращения, поглощения в инфракрасной области, дифракции электронов, а также некоторые другие характеристики, приведенные Каузманом [90], используются для Оцейки изменений формы белковых молекул. Большинство этих измерений было проведено па макромолекулах неизвестной структуры, для которых не была установлена последовательность аминокислотных остатков. В настоящее время благодаря усовершенствованию методов деградации белков, аналитического определения Концевых групп, методов разделения и идентификации отдельных фрагментов можно успешно изучать белки с молекулярным весом порядка 20 ООО. Хотя эта работа еще не достигла молекулярного уровня, тем не менее она дает возможность лучше использовать значения физических констант белковой молекулы известной структуры для объяснения механизма взаимодействия фермента с субстратом. Структура такого белка, как фиброин (белковое вещество натурального шелка), в настоящее время хорошо изучена благодаря сравнению рентгенограммы и ИК-спектров нативного волокна с рентгенограммами [35, 38, 108, 140] и ИК-спектрами [168] небольших фрагментов белка известной структуры, полученных при деградации, а также синтетитегаихпмшнептидо [c.386]

Трехмерная структура белка высокоспецифична. Иными словами, иоли-нептидная цепь или цепи не просто свертываются с образованием структуры, близкой к сферической свертывание проходит ряд строго фиксированных этапов, в результате чего возникает уникальная или почти уникальная конфигурация. Этот вывод непосредственно следует из того факта, что биологическая активность белков, в частности ферментативная активность, крайне чувствительна к любым измененияйг в третичной структуре белка (см. ниже). Ввиду большой сложности и высокой специфичности третичной структуры, естественно, очень важно, во-первых, изучить тонкие дета.ли этой структуры и, во-вторых, попытаться понять природу сил, ответственных за ее поддержание. Данные по вязкости, коэффициенту трения и светорассеянию дают информацию относительно общей топографии макромолекул. Более точные сведения, касающиеся деталей третичной структуры белков, удается получить с помощью рентгеноструктурного анализа. [c.103]

Что касается белков с высокими значениями [т]], то ясно, что эти белки образуют или очень асимметричные частицы, или вы-сокосольватированные (т. е., вероятно, беспорядочно скрученные) частицы даже в водных растворах вблизи их изоэлектрических точек. Это снова соответствует заключению, сделанному в разделе 21 на основе изучения коэффициентов трения. [c.453]

Важным результатом, полученным при изучении электрофореза растворов белков, было открытие того, что многие белки, которые являются чистыми по другим критериям, в действительности состоят из нескольких видов молекул. Ярким примером этого может служить яичный альбумин (рис. 125). Этот белок кристалличен (поэтому свойственно предположить, что все молекулы являются почти абсолютно идентичными) и показывает однородность в ультрацентрифуге (отсюда следует, что все молекулы имеют один и тот л<е молекулярный вес и коэффициент трения). Этот белок также показывает однородность в экспериментах по электрофорезу при различных условиях, таких, какие использовал Лонгворс, чтобы получить данные, представленные на рис. 123 (см. также рис. 125, верхнюю диаграмму). Однако если используется поле большой напряженности и эксперимент проводится очень длительно, то появляются благоприятные условия для разделения компонентов с почти одинаковыми подвижностями. При данных условиях, как показывает рис. 125, было найдено, что чистый белок состоит из трех отдельных компонентов. Предполагают , что эти три компонента являются идентичными во всех отношениях, кроме количества фосфата, которое они содержат, причем в них могло быть два, один и ни одного фосфатного иона соответственно. Фосфат связан с белком через гидроксильную группу в боковой цепи, и каждая фосфатная группа, [c.489]

Если ультрацентрифуга вращается достаточно долгое время со скоростью порядка 8000—15000 об1мин, то скорость переноса веществ за счет седиментации будет мала и соизмерима со скоростью переноса за счет диффузии. В результате через определенный промежуток времени достигается равновесное распределение концентраций во всей ячейке. Скорость переноса растворенного белка через поверхность поперечного сечения А за счет центробежной силы равна с-А-йх/сИ. Скорость диффузии через ту же поверхность по закону..Фика составляет — 0-А-(1с1(1х. Как следует из уравнения (35), скорость кх1(И равна центробежной силе, деленной на коэффициент трения (<р//). Отсюда результативная скорость движения белка [c.148]

Фрикционное отношение Ща — это отношение истинного коэффициента трения белка к коэффициенту трения, который этот белок имел бы, если бы его молекулы представляли собой идеальные негидратированные шарики той же массы. Чем больше отклонение фрикционного отношения Цо от единицы, тем сильнее форма белковой молекулы отклоняется от идеальной сферической формы. [c.262]

Из значений коэффициентов диффузии и седиментационных констант можно определить размеры молекул белков, степень гомогенности белковых растворов, а также степень гидратации с учетом возможных отклонений формы от сферической. О седиментационных константах мы будем говорить в следующем разделе. Отношение коэффициента трения для несферических частиц / к коэффициенту трения для частиц сферической формы /о называют коэффициентом диссимметрии (определение этих двух коэффициентов трения было дано в предыдущем разделе, посвященном электрофорезу). Коэффициент диссиметрии можно определить, исходя из любых данных, касающихся ка-жуи ейся формы молекул, например из данных по вязкости или по двойному лучепреломлению в потоке, а также на основании измерений диэлектрической дисперсии. Соотношение между коэффициентом диффузии, мол. весом и коэффициентом диссимметрии может быть выражено уравнением [c.408]

ПОЛИИОН представляет гидродинамически непроницаемый клубок, все ионы, расположенные внутри клубка, будут уноситься с ним без какого либо дополнительного рассеяния энергии в результате внутреннего трения. С другой стороны, противоионы, расположенные снаружи клубка (или снаружи частицы глобулярного белка, несущей суммарный электрический заряд), будут вносить сравнительно большой вклад в коэффициент трения иолиэлектролита и таким образом приводить к заметному уменьшению скорости седиментации. Следует отметить, что этот эффект должен уменьшаться с увеличением концентрации соли, так как полимерный клубок с ионами, расположенными внутри него, в большей или меньшей степени становится доннановской системой с суммарным зарядом, приближающимся к нулю. [c.308]

Уравнение (10.33) позволяет вычислить коэффициент трения любого объекта. Чтобы использовать это уравнение для олигомерной формы белка, состоящего из N одинаковых сферических субъединиц с радиусом R, заменим коэффициент трения сегмента f на бтщИ (коэффициент трения одной субъединицы/ ). Из уравнения (10.33) для удобства определим отношение коэффициента трения олигомера к коэффициенту трения одной субъединицы. Если измерять расстояние между субъединицами Гу в единицах, равных радиусу субъединицы, то [c.204]

Подвижность при нулевой концентрации геля должна отвечать истинной электрофоретической подвижности ДСН-белковых комплексов, на которой не сказываются никакие взаимодействия с гелем. Упрощенной теории электрофореза, кратко изложенной выше, достаточно, чтобы мы могли понять, почему и(0) — величина постоянная. Если в ДСН-белковых комплексах весовое содержание ДСН сохраняется на постоянном уровне и можно пренебречь зарадом самого белка, то суммарный заряд Z комплекса прямо пропорционален молекулярной массе и тем самым длине / комплекса, так как последний имеет форму стержня. Коэффициент трения также приблизительно пропорционален массе молекулы это видно из формулы / = бтгг/y pF. Для стержнеобразной молекулы объем гидратированной формы прямо пропорционален ее длине. Фактор формы F можно оценить с помощью уравнения (10.19а) для вытянутых эллипсоидов. При очень больших значениях f In (a/b). Ho отношение осей в случае стержня просто пропорционально [c.304]

При наличии хорошей установки, умело поставив эксперимент, можно исследовать диффузию в двухкомпонентной системе. Из полученных данных, описывающих диффузию с помощью уравнений, выведенных в предыдущем разделе, определяется коэффициент диффузии белка или другой макромолекулы. Здесь мы покажем, как связан этот параметр с характеристиками трения при движении отдельной молекулы растворенного вещества в растворе. [c.215]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология