Структуры Спирали в белках пептидах

Со структурной точки зрения у белков различают первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуры. Под первичной структурой, как и в случае пептидов, понимается точная последовательность отдельных аминокислотных остатков в макромолекуле. Вторичная структура определяется тем, что вследствие образования внутримолекулярных водородных связей макромолекулы предпочитают находиться в определенных конформациях (чаще всего это а-спираль — белковая цепь свернута в правовинтовую спираль, а расположенные друг [c.192]

Некоторые белки и многие пептиды можно получить в кристаллическом состоянии, и они были проанализированы рентгеновской кристаллографией (гл. 3). Дважды лауреат Нобелевской премии Лайнус Полинг показал, что во многих соединениях пептидная цепь свернута в -спираль (рис. 12.14, а) — структуру, подобную винтовой лестнице. При такой структуре углы между связями имеют их нормальные значения и в то же время становятся слабыми пространственные взаимодействия между объемистыми боковыми цепями, которые направлены от центра спирали. Эта структура поддерживается водородными связями между группами С=0 и МН разных остатков, и на один виток спирали приходится 3,6 остатка. Такое скручивание называется вторичной структурой белка. [c.271]

Из рис. 2.23 следует, что правая а-спираль прекрасно удовлетворяет критериям Полинга и Кори. Было также постулировано существование левой спирали и двух типов 18-слоев. Антипараллельный /З-слой изображен на рис. 2.23,Я. Каждая отдельная цепь является спиралью с осью симметрии второго порядка, т.е. образует складчатую структуру. Все пептиды принимают участие в образовании водородных связей, однако все эти связи образуются между различными цепями. Геометрия пептидного скелета в /З-слое соответствует наиболее вытянутой конформации цепи, еще допускаемой при нормальных значениях длин связей и валентных углов смещение вдоль оси равно 3,47 А на остаток. Во многих белках объединение параллельных и антипараллельных /З-цепей приводит к образованию большого структурного остова (рис. 2.24, а также Дополнение 2.3). [c.91]

Изучение структуры пептидов привело к расшифровке Полингом, Кори и Брэнсоном в 1950 г. структурного элемента керотина (одного из белков, входящих в состав волос). Примененный ими метод заключался в подборе молекулярной модели, которая могла бы отвечать соответствующей рентгенограмме. Эта модель —< альфа-спираль послужила Уотсону и Крику одной из основных предпосылок для расшифровки структуры дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), представляющей две спирали, идушре в противоположном направлении и закрученные одна вокруг другой. Второй из предпосылок для решения проблемы строения ДНК было чисто техническое усовершенствование, позволившее повысить качество рентгенографии. (Оказывается, расшифровка структуры ДНК может служить сюжетом увлекательной повести [83].) В 1960 г. Кендрю и сотрудники сообщили о получении трехмерной картины распределения электронной плотности в миоглобине, что позволило построить молекулярную модель этого белка. Вскоре была расшифрована структура другого белка — гемоглобина (Перутц и сотр., 1962), а в 1964 г. структура третьего белка —< лизоцима. Лизоцим —< это первый фермент, структуру которого удалось определить. [c.247]

Сложность этой проблемы иллюстрируется данными о том, как происходит сворачивание белка в живой клетке. Именно здесь видно, что реализации рассмотренных выше физических закономерностей сворачивания происходит способом, отличным от такового in vitro. В самом деле, в клетке микроокружение полипептидной цепи включает рибосомальные структуры, ферменты, белки шапероны и другие факторы, отсутствующие в растворе. Векторный характер синтеза пептида от N- к С-концу приводит к тому, что сворачивание начинается уже на рибосоме в процессе трансляции немедленно вслед за появлением последовательности аминокислот. Связь С-конца с рибосомой обеспечивает возможность формирования а-спиралей и влияет на скорость образования третичной структуры (Spirin А., 1986). Формирование нативной структуры белка в клетке происходит намного быстрее, чем ренатурация белков в растворе. Все это приводит к выводу о том, что сворачивание последовательности в живой клетке происходит не из состояния стохастического клубка, как при ренатурации в растворе, а осуществляется еще на рибосоме без выхода цепочки в окружающую рибосому среду, т. е. котрансляционным способом. [c.253]

Прогресс, достигнутый в ходе решения столь сложный проблемы, был, естественно, результатом усилий многих исследователей. Среди них — Лайнус Полинг (Калифорнийский технологический институт), получивший в 1954 г. Нобелевскую премию. В 1951 г. Полинг писал Четырнадцать лет назад профессор Р. Кори в я, предприняв очень энергичные, но безуспешные попытки решить задачу построения удовлетворительной модели конфигурации полипептидных цепей в белках, решили попытаться справиться с этой задачей косвенным методом, тщательно изучив кристаллы аминокислот, простых пептидов и родственных соединений для того, чтобы получить абсолютно надежные и подробные сведения о структурных характеристиках веществ подобного рода и в конце концов получить возможность уверенного предсказания точных конфигураций полипептидных цепей в белках [Re ord. hem. Prog., 12, 156—157 (1951)]. Эта работа на простых веществах, проводившаяся в течение более 14 лет, позволила в конце концов Полингу с сотрудниками предложить структуру, которая, вероятно, является важнейшей вторичной структурой в химии белков — а-спираль. [c.1057]

За пределами 30—40 остатков, примыкающих к С-концу, N-концевая часть растущего пептида оказывается свешенной с рибосомы вХ кружающую среду. Здесь уже действуют все те факторы, которые определяют спонтанное сворачивание пептида в конформацию, даясттемую" условиям среды. Однако необходимо учитывать три обстоятельства, делающих ситуацию отличной от таковой, наблюдаемой при спонтанной ренатурации развернутого белка в опытах in vitro. Во-первых, если рибосома обеспечивала и поддерживала какую-то определенную универсальную конформацию растущего пептида внутри себя, например а-спираль, то сворачивание белка может начинаться не из вытянутого или беспорядочного состояния цепи, а из данной стартовой конформации. Во-вторых, поиск путей сворачивания начинается не с любых и не с разных участков полипептидной цепи, а идет последовательно с N-концевой части цепи. В-третьих, в процессе сворачивания С-конец фиксирован на частице большой молекулярной массы (т. е. подвижность его резко ограничена), что должно приводить к больщей стабильности промежуточных структур по сравнению с аналогичными структурами свободной полипептидной цепи. [c.273]

Методы исследования пространственного строения белков и пептидов в растворе. Конформационные состояния белков и пептидов в растворе исследуются различными методами, каждый из которых имеет свои достоинстаа и ограничения. Информацию о вторичной структуре можно получить из ультрафиолетовых спектров поглощения в области ISO — 210 нм как показали исследования регулярных полипептидов (например, полилизина), а-спираль имеет меньшее (гипохромизм), а Р-структура большее (гиперхромизм) поглощение, чем неупорядоченный клубок. В течение долгого времени процентное содержание а-спиральных структур оценивали по кривым дисперсии оптического вращения (уравнение Моф-фита, 1956). В настоящее аремя содержание различных типов аторичных структур определяется из спектров кругового дихроизма (КД) на основе сравнения спектров пептидов и белков с кривыми КД канонических вторичных структур, полученных для регулярных полипептидов (Э. Блоут, 1961) (рис. 64) или выведенных на основе анализа кривых КД ряда белков с установленной пространственной структурой в кристалле. [c.111]

Дискообразные мнцеллы фосфолипидов в водной среде могут стабилизироваться не только с помощью детергентов, но и за счет адсорбции по периметру диска амфифильных белков и пептидов (рнс. 286). Одним из эффективных стабилизаторов такого типа являются аполипопротенны — белкн, входящие в состав липопро-теинов плазмы кровн (см. с. 558). В полипептидной цепи этих белкоа имеются особые участки (содержащие от 10 до 18 аминокислотных остатков), способные сворачиваться в а-спираль. Отличительная черта образуемой структуры состоит в том, что большинство гидрофобных остатков расположено на одной стороне спирали, [c.556]

Белки характеризуются прежде всего первичной структурой, т. е. последовательностью остатков аминокислот. Однако для веществ с большим молекулярным весом имеют значение и другие факторы, приводящие к образованию вторичной и третичной структур, в значительной степени влияющид на их химические и физические свойства. Вследствие того, что пептидная связь по некоторым особенностям близка к двойной, что обусловливает ее планарность, пептиды и белки могут существовать как в цис-, так и в траке-конфигурации [106]. Обычно осуществляется транс-форма с а-спиралью, так как ifu -форма стерически более затруд- [c.384]

Конформация полипептида в растворе частично определяется прямым взаимодействием пептидных групп друг с другом. То обстоятельство, что синтетические по-липептидй имеют высокорегулярную, кристаллическую структуру, тогда как многие другие- полимеры аморфны, т. е. обладают структурой беспорядочного клубка, в принципе свидетельствует о наличии некой естественной конформации для полипептидов. Результаты тщательной оценки длины связей и валентных углов, основанной на размерах, установленных для планарных пептидных связей в кристаллах небольших пептидов, существенно ограничили число возможных моделей конформации полипептидов. Дальнейшие ограничения в выборе возможной конформации были связаны с тем, что, согласно исходным предположениям, каждая карбонильная и каждая амидная группа пептида участвует в образовании водородной связи и что конформация полипептида должна соответствовать минимальной энергии вращения вокруг одинарной связи. Этим требованиям для пептидов, в которых имеются внутримолекулярные связи, отвечала правая спираль, содержащая 3,6 аминокислотных остатка на один виток (так называемая а-спираль) [1].. Существование спиральных структур предсказанных размеров в синтетических полипептидах было подтверждено с помощью самых различных физических методов, в том числе и методом рентгеноструктурного анализа. Такая а-спираль, в которой каждая пептидная группа соединена водородной связью с третьей от нее пептидной группой, считается наиболее вероятной моделью отдельных участков остова молекулы глобулярных белков, к которым относятся и ферменты. Нужно подчеркнуть, однако, что конформация глобулярного белка в целом отличается от простой регулярной а-спиральной структуры из-за наличия, в белке дисульфидных связей и остатков пролина, которые нарушают спиральное строение и изменяют ориентацию цепи, а также из-за взаимодействия боковых цепей, ответственного за третичную структуру. Действительно, рентгеноструктурный анализ с высоким разре- [c.25]

По существу а- и 3-структуры — это конформационные разновидности пептидных цепей, называемые часто вторичной структурой пептидов и белка. Открытие а- и р-структур — заслуга Полинга. На синтетических полипептидах, построенных из остатков одной аминокислоты (например, на полилизиие), можно показать обратимость взаимных переходов а- и р-конформаций твердого вещества при механическом воздействии или изменении влажности. При растворении в воде синтетического полипептида (например, полиглутаминовой кислоты) или белка а-спираль сохраняется. Лишь при повышенип температуры, в довольно узком температурном интервале, происходит плавление — нарушение водородных связей а-спирали, образование новых водородных связей с водой и переход в глобулярную структуру, сопровождающийся резким падением вязкости раствора. Такое же нарушение а-спиралей происходит при растворении их в водном растворе мочевины (например, в 8 М растворе) или в дпхлоруксусной и трифторуксусной кислотах (вследствие образования межмолекулярных водородных связей), тогда как диметилформамид не нарушает а-спирали. За процессом разрушения а-спиралей и обратным процессом спирализации можно следить 1) по изменению вязкости 2) по ускорению и замедлению дейтерообмена 3) по изменению вращения плоскости поляризации 4) по дисперсии оптического вращения. Каждый из этих показателей допускает и количественную трактовку. Остановимся на второй и третьей характеристиках. [c.671]

По существу а- и -структуры — это конформационные разновидности пептидных цепей, называемые часто вторичной структурой пептидов и белка. Открытие а-и р-структур — заслуга Полинга. На синтетических полипептидах, построенных из остатков одной аминокислоты (например, на полилизине), можно показать обратимость взаимных переходов а-и р-конформаций твердого вещества при механическом воздействии или изменении влажности. При растворении в воде синтетического полипептида (например, полиглутаминовой кислоты) или белка а-спираль сохра-вяется. Лишь при повышении температуры, в довольно узком температурном интервале, происходит плавление — нарушение водородных связей а-спирали, образование новых водородных связей с водой и переход в гло- [c.708]

Спираль может быть правой или левой (соответственно по движению часовой и против движения часовой стрелки). В белках в большинстве случаев обнаружена правая форма а-спира-ли. В некоторых глобулярных белках не вся вторичная структура представлена только спиралью,— последняя представляет только часть структуры. В другой части белка спираль отсутствует вследствие напряжений, возникающ,их в процессе биосинтеза белковых глобул. Наличие остатков пролина в цепи также может быть причиной отсутствия а-спиралей в отдельных участках молекул. Особая структура пролина вызывает резкие изгибы пептидной цепи и искажение ее спиральной конфигура ции. Конфигурация пептид ной связи и конформация пептидной цепи в основноь зависят от природы соответ ствующих аминокислот. [c.43]

Л. Полинг и Р. Кори рассмотрели все возможные конформации в минимумах торсионных потенциалов вращения вокруг связей С —N и С —С и пришли к выводу, что а-спираль и складчатый лист отвечают наиболее предпочтительным ориентациям смежных пептидных групп. Что же касается у-спирали, то она не оказалась в числе низкоэнергетических структур. При учете только торсионного потенциала эта спираль, по оценке Полинга и Кори, менее стабильна, чем а-спираль, на 2,3 ккал/моль. В отличие от компактной а-спирали, имеющей хорошие ван-дер-ваальсовы контакты, у-спираль представляет собой более рыхлую цилиндрическую структуру с отверстием около 2,5 А. Л. Полинг и Р. Кори не только сформулировали требования к геометрии полипептидной цепи и предложили удовлетворяющие им структуры, но и проанализировали имеющийся для белков и синтетических пептидов экспериментальный материал [67—71]. Они пришли к заключению, что а-спираль и -структура весьма распространены среди фибриллярных и глобулярных белков, а также гомополипептидов. В частности, было предложено, что а-кератин и другие белки этой группы имеют структуры, близкие а-спирали, а Р-кератин состоит из слоев складчатого листа, между которыми находятся двойные слои а-спиралей. К суперконтракционной форме кератина и миозина была отнесена у-спираль. Для коллагена Полинг и Кори предложили трехцепочечную, скрученную в жгут конформацию. В тройной спирали коллагена полипептидные цепи также имеют спиральную форму с меньшим шагом. Из-за большого содержания в коллагене пролина и оксипролина (30%) а- и у-спирали не могут реализоваться по стерическим причинам и из-за отсутствия многих водородных связей. Поэтому для единичных цепей коллагена предложена спираль с винтовой осью 9-го порядка. [c.23]

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]