Белки рассеяние света

Термин макромолекулы обычно применяется к молекулам с молекулярными весами более 10 000. Такие макромолекулы, как белки, полинуклеотиды и полисахариды, необходимы для жизни, их структуры осуществляют сложные функции. Макромолекулы типа синтетических высокополимеров являются основой многих синтетических волокон, пластиков и синтетического каучука. Соотнощение между физическими свойствами этих материалов и их молекулярным строением имеет огромнейшее значение. В этой главе будут рассмотрены белки и синтетические высокополимеры. Изучая такие свойства, как вязкость, ультрацентрифугирование, диффузия осмотическое давление и рассеяние света, можно получить информацию об их молекулярном весе, о распределении и форме распределения молекулярных весов. [c.601]

Метод измерения светорассеяния основан на том факте, что с увеличением размера частиц эффект Тиндаля в растворе белка сильно возрастает. С помощью фотометра для рассеянного света измеряется соотношение интенсивностей падающего и рассеянного под углом 45° или 90° света. В идеальных условиях разность светорассеяния чистого растворителя и раствора белка прямо пропорциональна числу н размеру молекул белка. [c.360]

Необратимые флуктуации и механизм самоорганизации белка. Предполагают, что в начальный период все флуктуации - периодические вращения атомных групп вокруг ординарных связей - являются беспорядочными и несинхронизированными друг с другом. В равновесных системах все флуктуации обратимы и согласно основной теории вероятности (так называемого закона больших чисел) составляют пренебрежимо малые поправки к средним значениям. За редким исключением (например, рассеяние света гомогенной средой и броуновское движение, вызываемые обратимыми флуктуациями плотности) они не коррелируют со свойствами системы и не оказывают влияние на ее переход в равновесное состояние В неравновесных системах среди множества обратимых, неустойчивых флуктуаций возникают необратимые флуктуации, оказывающие радикальное воздействие на эволюцию системы. Они не остаются малыми поправками к средним значениям, а существенно меняют сами эти значения, стирая различие между случайным отклонением и макроскопическим проявлением системы. При свертывании белка подавляющее большинство флуктуаций также обратимо и неустойчиво. Но некоторые из них приводят к сближению определенных аминокислотных остатков, и тогда те могут эффективно взаимодействовать между собой. По своим последствиям образующиеся контакты между валентно-несвязанными атомами могут быть подразделены на близко-, средне- и дальнодействующие. Флуктуации, приводящие к образованию первого вида, изменяют взаимное расположение атомных групп в пределах одного аминокислотного остатка второго вида - расположение остатка относительно соседних в последовательности третьего - относительно удаленных по цепи остатков. В зависимости от конформационного состояния белковой цепи по ходу ее сборки одни и те же флуктуации могут быть как обратимыми, так и необратимыми. Последними, т.е. бифуркационными, флуктуации становятся только в том случае, если каждая из них возникает в строго определенном месте последовательности бифуркаций между флуктуирующим клубком и трехмерной структурой. Обратимые флуктуации бесследно исчезают, а необратимые, стабилизированные специфическими невалентными взаимодействиями остатков, остаются в виде гигантских "застывших флуктуаций". [c.96]

Существует несколько физических методов абсолютного измерения молекулярных масс, в первую очередь основанных на использовании седиментации или рэлеевского рассеяния света. Они требуют существенно большего количества индивидуального биополимера, чем описанные химические и биохимические методы, проводятся путем прецизионных измерений на дорогостоящем оборудовании и применительно к задаче измерения молекулярных масс белков и нуклеиновых кислот постепенно утрачивают свое значение. Седиментационные методы основаны на использовании уравнений (7.2) или (7.3). В первом случае измерению подлежат константа седиментации биополимера и коэффициент диффузии. Во втором случае нужно достичь состояния седиментационного равновесия и измерить распределение концентрации исследуемого биополимера вдоль центрифужной ячейки, т.е. концентрацию биополимера на нескольких разных расстояниях г от оси ротора. Оба метода требуют определения парциального удельного объема, или, что то же самое, плавучей плотности биополимера в условиях, используемых для седиментации. [c.267]

Метод измерения интенсивности рассеяния света в применении к растворам белков и полимеров стал одним из точных количественных методов, позволяющих определить такие важные характеристики, как молекулярный вес, размер и форму макромолекул, а также термодинамические параметры межмолекулярного взаимодействия в растворах [139—142]. [c.80]

Установлено, что белки могут иметь весьма различные размеры и форму. Определение молекулярной массы и размеров молекул белка выполняется с применением мощного арсенала физических методов исследований. Молекулярные массы можно определить с помощью измерения скоростей диффузии, скоростей седиментации в ультрацентрифуге, рассеяния света и даже путем измерения размеров индивидуальных больших по размеру молекул белка методом электронной микроскопии. [c.510]

Иногда необходимо знать абсолютные квантовые выходы (F) (стр. 169). Прямое определение F требует измерения поглощенных и испускаемых квантов во всей области частот с поправками на рассеянный свет, повторное поглощение и на эффекты преломления. Относительное число квантов, испускаемых за секунду флуоресцирующим раствором, можно определить при помощи счетчика квантов , представляющего собой комбинацию второго флуоресцирующего раствора (например, родамина В в глицерине) и фотоумножителя так как выходы флуоресценции не зависят от длины волны возбуждающего света (выше длинноволнового предела), реакция этой системы зависит от числа поглощенных квантов независимо от длины волны [14, 15]. Число падающих квантов определяется тем же счетчиком квантов после замены второго раствора поверхностью окиси магния, способность которой рассеивать свет известна, или еще лучше очищенным раствором белка, рассеивающую способность которого можно вычислить. Тогда из данных измерения поглощения света можно найти число квантов, поглощенных флуоресцирующим раствором. Отношение числа излученных квантов к числу поглощенных квантов дает величину F. Для бисульфата хинина в воде, например, принято значение 0,55 [15]. [c.158]

Теория флуктуационного рассеяния света была развита Эйнштейном (1910) и особенно плодотворно применена для растворов макромолекул Дебаем (1947). В настоящее время измерения светорассеяния являются одним из наиболее важных методов исследования растворов белков и высокополимерных веществ. [c.56]

Существует большое число других более или менее специальных способов, использование которых определяется характером проблемы и доступностью аппаратуры. Так, молекулярные веса даже очень мало летучих веществ часто оказывается возможным определить с помощью масс-спектро-метрии, однако, поскольку масс-спектрометры еще не стали таким же стандартным лабораторным оборудованием, как инфракрасные спектрометры,, их использование для этой цели началось только в последнее время. Во многих случаях, однако, масс-спектрометрия оказывается наиболее удобным методом, в частности потому, что хорошее разрешение обычно достигается вплоть до масс, равных 600. Молекулярные веса соединений с очень большим молекулярным весом, таких, как белки и полимеры, обычно определяют путем анализа на концевые группы, измерения осмотического, давления, вязкости, рассеяния света и скорости седиментации. Некоторые из этих методов будут рассмотрены более подробно в последующих главах. [c.28]

Установлено, что белки могут иметь весьма различные размеры и форму. Определение молекулярных масс и размеров белков было выполнено с применением мощного арсенала физических методов исследований. Молекулярные массы можно определить с помощью анализа отдельных компонентов (см. упражнение 20-23), измерения скоростей диффузии, скоростей седиментации в ультрацентрифуге, рассеяния света и даже путем измерения размеров индивидуальных, очень больших по размеру молекул белка методом электронной микроскопии. Сведения о форме молекул получают, измеряя скорости молекулярной релаксации после электрической поляризации, исследуя изменения в оптических свойствах (двойное лучепреломление), возникающие в струе жидкости, непосредственно с помощью электронной микроскопии и, что имеет, быть может, наиболее важное значение, исследуя интенсивность рассеяния света и рентгеновского излучения как функцию угла рассеяния. Применение всех этих методов часто встречает трудности вследствие высокой степени гидратации белков, а также в результате того, что многие белки вступают в обратимые реакции ассоциации, образуя димеры, три-меры и т. д. Молекулярные массы, молекулярные параметры и изоэлектрические точки ряда важных белков приведены в табл. 20-2. [c.125]

Тимирязев [51] в одной из первых работ, касающихся влияния рассеяния на спектр листьев, предположил, что рассеяние может не только расширять полосы поглощения, но также и смещать их максимумы. Однако отнести красное смещение за счет рассеяния невозможно хотя бы потому, что смещение исчезает и полоса возвращается в положение, соответствующее истинному раствору (фиг. 82) после пропитывания листьев эфиром или погружения их в кипящую воду [17, 85, 95]. Эти способы обработки не ведут к растворению пигментов или к усилению гомогенности тканей, они только разрушают соединение хлорофилла с белками и липоидами. В то же время высушивание, меняющее рассеяние света в листе в значительно большей степени, чем погружение в горячую воду, не влияет на положение максимума красной полосы[85]. [c.104]

Уравнению (14-29) свойственны две новых особенности. Оно показывает, что в отсутствие солей химический потенциал в изоэлектрических растворах белков уже не может описываться общим уравнением, таким, как уравнение (11-21), содержащим разложение Б ряд по целым степеням Сз кроме того, это уравнение предсказывает, что в таких растворах будут отрицательные, а не положительные отклонения от идеальности для зависящих от химического потенциала свойств, например осмотического давления и рассеяния света. Эти предсказания, как будет показано в разделе 17, подтверждаются экспериментом. [c.272]

В табл. 13 приведены типичные результаты, полученные при сравнении молекулярных весов, определенных по рассеянию света и осмометрическим методом. Можно видеть, что в случае белков и вирусов, М и М , по существу, не различаются. Это должно означать, что рассматриваемые молекулы в основном гомогенны в отношении молекулярного веса, т. е. монодисперсны. Такое заключение уже было сделано в разделе 4 на основании способности этих веществ к образованию истинных кристаллов, но табл. 13 дает прямые экспериментальные доказательства молекулярной гомогенности исследованных образцов. (Подобные доказательства были получены также на основании данных ио седиментационному равновесию, рассмотренному в разделе 16.) В случае синтетических полимеров и полисахаридов между М и обычно имеется большое различие, которое указывает на полидисперсность этих высокомолекулярных веществ. Можно видеть, что для нефракционированных образцов полистирола Мщ,/Л1 равно 2, что находится в соответствии с предсказаниями, основанными на чисто статистическом распределении цепей по длинам, как рассмотрено на стр. 173. То же самое отношение было получено для полистирола на основании данных по седиментационному равновесию, приведенных на стр. 308. [c.338]

Особым видом взаимодействия, приводящего к отрицательным значениям второго вириального коэффициента, является ассоциация молекул растворенного вещества, как это рассмотрено на стр. 239. Данные по осмотическому давлению для инсулина, приведенные на рис. 66, указывают на то, что такая ассоциация имеет место в растворах этого белка. Данные по рассеянию света, полученные Доти и Майерсом и приведенные на рис. 83, очень хорошо подтверждают это. Предположив, что В—О, Доти и Майерс [c.340]

Стейси К. Измерение молекулярного веса и размеров молекул белков методом рассеяния света. — Сб. Аналитические методы белковой химии , стр. 268. ИЛ, 1963. [c.196]

Рассеяние света белками [c.61]

Молекулы, обладающие высокой флуоресцирующей способностью, могут быть обнаружены в растворах таких низких концентраций, как 10 М. Рассеянный свет с длиной волны, равной длине волны начального пучка, не мешает определению, так как может быть отфильтрован. Молекулы многих флуоресцирующих веществ содержат ионогенные или химически реакционноспособные группы, благодаря чему они способны образовывать комплексы с определенными макромолекулами, и в особенности с биополимерами. Метод флуоресценции широко используется для обнаружения структур при цитологических исследованиях [1]. В последнее время комплексы флуоресцирующих молекул и белков были успешно использованы в иммунологии в качестве метки [2]. В этом отношении несколько отстает применение флуоресцентной техники для физической характеристики макромолекулярных систем, хотя с помощью флуоресценции можно обнаружить микроскопические релаксационные процессы в полимерах как в растворе, так и в конденсированном состоянии. [c.169]

ОКИСИ железа, и глядеть на раствор сбоку, то путь луча в растворе можно наблюдать в виде такой же светлой дорожки вследствие рассеяния света коллоидными частичками (рис. 46). При прохождении светового луча через истинный раствор (например, сахара или поваренной соли) та( ого явления не на-блюдае"ся, хотя бы раствор имел окраску содержащиеся в ис тинных растворах молекулы или ионы слишком малы и заметно не рассеивают света. Однако резкой границы ни между взвесями и коллоидными растворами, ни между коллоидными и истинными растворами нет. Известны вещества, например белки, молекулы которых настолько крупны, что они образуют коллоидные растворы, хотя и находятся в них в состоянии молекулярного раздробления. [c.111]

Обычные фоторезисторы можно наносить с разрешением, достигающим 250 нм при использовании источника света 350-450 нм или менее 100 им при ис-пользоварпш электронного пучка. Однако при получении слоев белок/полимер реальное разрешение фотолитографии оценивают более чем в 150 мкм из-за рассеяния света, индуцированного белком. [c.531]

У многих млекопитающих, в том числе и у человека,. меланины содержатся также в задней части радужной оболочки и формируют экран, который не позволяет видеть красный цвет крови в капиллярах. Этот красный цвет можно видеть в глазах животных-альбиносов, которые лишены меланинового слоя. Карие и желтые глаза окрашены меланиновыми гранулами стромы радужной оболочки, в то время как голубой цвет глаз у человека и у некоторых других животных обусловлен рассеянием света мельчайшими частицами белка или меланина в радужной оболочке. Меланин, содер 4(ащийся в радужной оболочке, в процессе зрения, вероятно, роли не играет. [c.321]

Если частицы распределенного вещества имеют размеры порядка 1 — 100 нм, такие дисперсные системы называются коллоидными растворами, или золями. Частицы, образующие коллоидный раствор, нельзя увидеть в обычный микроскоп, но их можно различить в ультрамикроскопе, где свет падает сбоку или сзади, в результате чего в поле зрения вндны светлые точки, соответствующие рассеянию света диспергнрованныхми частицами. В определенных условиях коллоидные растворы могут распадаться с образованием взвесей и затем расслаиваться. К коллоидным растворам относятся некоторые системы, играющие большую роль в живой природе и в технике, например растворы белков в воде, некоторые клеи и т. д. [c.77]

Переход между колебательными уровнями можно вызвать и другим путем, а именно, с помощью видимого света. Фотоны видимого света рассеиваются молекулами в основном без потери энергии, т. е. рассеянное излучение имеет ту же частоту, что и падающее. (Об этом упоминалось в разделе 3 и детально этот вопрос рассматривается в гл. 5.) Однако небольшая часть рассеянных фотонов может взаимодействовать с молекулами, отдавая некоторое количество своей энергии, достаточное для того, чтобы вызвать колебательный переход, и тогда рассеянное излучение будет иметь меньшую частоту, чем падающее. Разность частот, даваемая уравнением (5-1), соответствует разности энергий колебательных уровней. Это явление известно под названием эффекта Рамана (по имени Ч. В. Рамана, открывшего это явление). Эффект Рамана играет важную роль в изучении малых молекул, особенно потому, что правила отбора для рамановского поглощения отличаются от правил отбора для поглощения инфракрасного излучения таким образом, колебательные переходы, наблюдаемые с помощью одного метода, дополняют переходы, наблюдаемые с помощью другого метода. Однако данный метод до сих пор не нашел применения для исследования макромолекул вследствие относительно более интенсивного обычного (рэлеевского) рассеяния света этими молекулами, и поэтому он не будет здесь обсуждаться. (Гарфинкель и Эдсалл сообщили о предварительных опытах с синтетическими полипептидами и белками.) [c.92]

При рассмотрении представленных здесь экспериментальных данных следует иметь в виду, что экспериментальные методы, требуемые для получения действительно точных результатов, еще не разработаны полностью. Нет ничего необычного в том, что различные исследователи сообщают величины молекулярных весов одного и того же белка, полученные одним и тем же методом, которые отличаются на 10 io [например, на стр. 253 и 274 (табл. И), где приведены молекулярные веса р-лактоглобулина, полученные осмометрическим методом]. Имеются данные о том, что в случае синтетических полимеров подобные расхождения составляют 50% или более, причем измерения проводят на идентичных образцах . При измерении рассеяния света такие различия могут часто возникать вследствие присутствия в растворе частиц пыли, которые дают непропорционально большой эффект при измерении средневесового молекулярного веса. [c.339]

На основании этого уравнения Р е й л е я, выведенного для случая непроводящих частиц (диэлектриков), можно сделать следующие выводы. Количество рассеянного света быстро растет с уменьшением дисперсности (пропорционально или г ) затем, если падающий свет белый, то в пучке рассеянного света будут преобладать лучи меньшей длины волны (обратно пропорциональная зависимость от Х ). Поэтому конус Тиндаля бесцветных золей имеет синеватую окраску, а проходящий свет — желтовато-красноватую, например, у гидрозоля мастики. В случае, если, эффект Тиндаля происходит от монохроматического луча, то рассеянный свет имеет ту же длину волны, что и падающий. Этим эффект Тиндаля отличается от света флюоресценции, длина волны которого всегда больше падающего. Зависимость Я от у я V позволяет помощью рассеяния света определить как концентрацию дисперсной фазы (число частиц пропорционально концентрации), так и объем частицы, т. е. ее дисперсность (Мекленбург ). Кроме того, эффект Тиндаля тем интенсивнее, чем больше неравенства показателей преломления п, и щ. Например, эффект у золя белка значительно меньше, чем у золя АзаЗз одинаковой концентрации и дисперсности (Фрейндлих). [c.56]

Интенсивность светорассеяния обычно измеряется с помощью чувствительных фотоумножителей, смонтированных на держателе, который может перемещаться по окружности относительно центра системы. В центре находится кювета с раствором белка, которая имеет полуоктагональную форму, с плоскими окошечка-.ми в-направлении падающего пучка света, а также под углами 45, 90 и 135° (рис. 35). Рассеянный свет направляется на фотоумножитель и регистрируется с помощью гальванометра. Для перевода результатов этих измерений в абсолютные значения интенсивности светорассеяния прибор предварительно калибру- [c.139]

Молекулы белков в растворе дают очень малый эффект Тилдалля в видимой части спектра, или совсем не дают его, но в ультрафиолетовых лучах, как следовало ожидать, наблюдается некоторое рассеяние. Измерения рассеяния света растворами белков производились неоднократно, но, принимая во внимание важность этой проблемы, следует полагать, что она еще очень мало изучена. Автору кажется, что это направление исследования является многообещающим. [c.271]

Молекулярный вес гемоцианинов исключительно высок. Определения на ультрацентрифуге дали величины от 500 ООО до 10 000 000 — наивысшие из всех когда-либо полученных для белков [110]. Того же порядка величины были получены при определении молекулярного веса гемоцианинов методом осмометрии и методом рассеяния света (см. стр. 61). Электронная микрография гемоцианина, полученного из организма краба Limulus polyphemus, показала, что молекулы гемоцианина представляют собой почти сферические частицы, диаметр которых в среднем [c.241]

Калибровка состоит в приведении отсчета по фотоэлементу к абсолютной величине интенсивности рассеянного света. Вследствие привходящих факторов абсолютная калибровка часто затруднена. Несмотря на то что постоянные приборов обычно указываются производителем, однако часто желательно самостоятельно производить калибровку по известным стандартам, например раствору людокс, стандартному полистиролу, ионному полистиролу, определенным белкам и другим полимерам, молекулярный вес которых известен. [c.391]

Для упрощения сравнения квантов возбуждающего и испускаемого света можно использовать метод счетчика квантов Боуэна и Сотела [109]. В этом методе как рассеянный свет, используемый для сравнения, так и флуоресцентное испускание фиксируются удачно подобранным флуоресцентным экраном (таким, как родамин В) [109в], который переводит весь падающий свет любой длины волны (без ограничений) с одинаковой эффективностью в определенную область более длинных волн, улавливаемых затем детектором. Этот метод был райвит Вебером и Тилом [110], которые заменили белую матовую поверхность раствором белка требуемой рассеивающей способности. В этом случае можно использовать разбавленные растворы, в которых исключены ошибки за счет концентрационного тушения и эффектов повторного поглощения в результате перекрытия полос флуоресценции и поглощения. Однако вышеупомянутый метод зависит от того. [c.636]

Коллоидное состояние, обьк1ное для большинства белковых веществ, определяет ряд их свойств. Так, белковые растворы обычно опалесцируют, т. е. в проходящем свете они кажутся прозрачными, часто желтоватыми, а в отраженном свете — мутными, часто голубоватыми. Явление опалесценции зависит от рассеяния света крупными частицами белка, взвешенными в жидкости. [c.312]