Белки влияние на термодинамические

Следует напомнить об известных трудностях идентификации функциональных групп активных центров ферментов по величинам рК, полученным из изучения зависимости скорости реакции от pH. Во-первых, одна и та же группировка в белках разного строения может иметь неодинаковое значение рК из-за влияния соседних групп. Некоторую помощь в этом случае может оказать измерение теплоты диссоциации ионогенных групп, рассчитываемой по измерениям температурной зависимости рК. К сожалению, для холинэстераз эти термодинамические константы достаточно надежно не измерены. Согласно данным Шукудза и Шинода [122], теплоты диссоциации основной группировки ацетилхолинэстеразы эритроцитов и холинэстеразы сыворотки крови человека составляют соответственно 8,5 и 6,5 ккал1моль. Эти величины выше или ниже найденной для диссоциации имидазольной группы гистидина в других белках (6,9—7,5 ккал моль [123]). Если признать, что в обеих холинэсте-разах в качестве основной группировки активного центра выступает имидазол гистидина, то трудно понять столь существенное различие в величинах теплот диссоциации. Во-вторых, даже если измерение активности фермента при разных pH рассматривать в качестве своеобразного титрования функциональных групп активного центра, то полученные результаты нельзя безапелляционно считать отражением прямого участия этих групп в каталитическом акте. Можно представить, что ионы Н и ОН -среды выполняют свою функцию, вызывая не только протонизацию или депротонизацию функциональных групп активного центра, но также и более общую функцию создания и поддержания специфической для каждого фермента третичной структуры. Можно думать, что в создании третичной структуры фермента большую роль играют ионные связи между такими группировками, которые расположены вне активного центра и непосредственно не участвуют в реакции с субстратом. Такие ионогенные группировки при взаимодействии могут сближать друг с другом (или наоборот удалять друг от друга) определенные функциональные группы белка, которые непосредственно участвуют в каталитическом акте. Внешне эта непрямая роль кислотно-основных группировок фермента будет отражаться в форме обычной зависимости кинетических констант (и, V, Кт) от pH, но по существу такая зависимость не дает оснований для решения вопроса, является ли она следствием влияния pH на конформацию белка в районе активного центра или диссоциацию группировки, прямо участвующей в реакции с субстратами. [c.184]

Для каждого из указанных случаев сначала рассмотрим, что может и чего не может сделать небелковый комплекс металла, а затем сформулируем проблемы, которые надо разрешить. После этого перейдем к рассмотрению того, каким образом белки позволяют разрешить эти проблемы. Мы изложим также некоторые сведения о распространении, функциях и природе этих белков, которые необходимы для понимания их физиологической роли и места в биохимии, а также для того, чтобы показать, что природа нередко создавала совершенно различные пути для решения одних и тех же задач, например для связывания кислорода или удаления перекиси водорода из биологических систем. Такой подход потребовал рассмотрения ряда экспериментальных результатов с несколько иной точки зрения, чем это делалось в других обзорах, а отсюда — более детальное изложение ряда специальных вопросов. В конце гл. 7 —9 дается сводка основных выводов и аргументов, которые привели к этим результатам. Более общие выводы, касающиеся механизмов влияния белков на термодинамические и кинетические свойства комплексов переходных металлов, изложены в разд. 10.1, а затем [c.136]

Мочевина (карбамид) и родственные ей соединения являются одними из главных продуктов метаболизма живого организма. Важную роль играет это соединение в конформационной стабильности глобулярных белков. В гл. 3 на молекулярной основе рассмотрены структур-но-термодинамические (объемные) свойства H/D-изотопомеров кристаллической мочевины и ее растворов, механизм межчастичных взаимодействий в системе вода-карбамид и влияние температуры на конфигурационные параметры данной системы. [c.6]

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СОЛЮБИЛИЗАЦИЮ УГЛЕВОДОРОДОВ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ ГЛОБУЛЯРНЫХ БЕЛКОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СВЯЗЫВАНИЯ [c.32]

Во-первых, усиление каталитической активности в металлоферментах по сравнению с небелковыми комплексами, по-видимому в основном определяется влиянием белка на константы равновесия, а не на константы скорости, т. е. влиянием на термодинамические, а не на кинетические свойства комплекса металла и (или) суб страта. [c.243]

Теплоемкость. Измерения удельной теплоемкости систем, содержащих белки, представляют особый интерес по нескольким причинам 1. Они отражают влияние сольватации неполярных участков в дополнение к гидратации других частей поверхности белка и поэтому могут рассматриваться как наиболее совершенная термодинамическая характеристика взаимодействий вода — белок. 2. Теплоемкость удобно измерять как в растворе, так и в твердых образцах, поэтому можно сопоставить результаты исследования теплоемкости этих двух групп образцов. [c.117]

Такие огромные напряженности электрического поля оказывают сильное влияние прежде всего на структурную организацию биомембран. Поскольку молекулы или отдельные части молекул белков и липидов могут иметь дипольный момент, то электрическое поле будет непосредственно влиять на их структурное состояние в биомембранах. Существующая на сегодняшний день информация позволяет считать, что Е поддерживает мембрану в термодинамически неравновесном напряженном состоянии [121]. Принципиально важно, что наряду с другими факторами Е по принципу обратной связи обеспечивает относительную устойчивость сложной диссипативной структуры биомембраны. [c.74]

В 1945 г. Шредингер написал книгу Что такое жизнь с точки зрения физики , оказавшую существенное влияние на развитие биофизики и молекулярной биологии. В этой книге внимательно рассмотрено несколько важнейших проблем. Первая из них — термодинамические основы жизни. На первый взгляд имеется решительное противоречие между эволюцией изолированной физической системы к состоянию с максимальной энтропией, т. е. неупорядоченностью (второе начало термодинамики), и биологической эволюцией, идущей от простого к сложному. Шредингер говорил, что организм питается отрицательной энтропие1и>. Это означает, что организмы и биосфера в целом не изолированные, но открытые системы, обменивающиеся с окружающей средой и веществом, и энергие . Неравновесное состояние открытой системы поддерживается оттоком энтропии в окружающую среду. Вторая проблема — общие структурные особенности органиа-мов. По словам Шредингера, организм есть апериодический кристалл, т. е. высокоупорядоченная система, подобная твердому телу, но лишенная периодичности в расположении клеток, молекул, атомов Это утверждение справедливо для строения организмов, клеток и биологических макромолекул (белки, нуклеиновые кислоты). Как мы увидим, понятие об апериодическом кристалле важно для рассмотрения явлений жизни на основе теории информации. Третья проблема — соответствие биологических явлений законам квантовой механики. Обсуждая результаты радиобиологических исследований, проведенных Тимофеевым-Ресовским, Циммером и Дельбрюком, Шредингер отмечает, квантовую природу радиационного мутагенеза. В то же время применения квантовой механики в биологии не тривиальны, так как организмы принципиально макроскопичны. Шредингер задает вопрос Почему атомы малы Очевидно, что этот вопрос лишен смысла, если не указано, по сравнению с чем малы атомы. Они малы по сравнению с нашими мерами длины — метром, сантиметром. Но эти меры определяются размерами человеческого тела. Следовательно, говорит Шредингер, вопрос следует переформулировать почему атомы много меньше организмов, иными словами, почему организмы построены из большого числа атомов Действительно, число атомов в наименьшей бактериальной клетке [c.12]

В части 2 мы попытались наметить некоторые пути, по которым белок может влиять на реакционную способность комплексов переходных металлов. Более детально были рассмотрены некоторые примеры, показывающие, что белок может влиять на термодинамические параметры отдельных стадий процесса (например, на константу равновесия связывания кислорода с Ее(11) в гемоглобине и миоглобине, гл. 7). Далее, белок может влиять на кинетику отдельных стадий (например, в реакциях железа, входящего в состав пероксидаз и каталаз, с перекисью водорода и другими субстратами, гл. 8). Наконец, белок может изменять термодинамические параметры процесса в целом (например, путем сопряжения термодинамически невыгодной реакции восстановления азота до Ы Нг с другой, термодинамически выгодной реакцией, гл. 9). В каждом случае мы обсудили также, что может и чего не может сделать простой небелковый комплекс или ион и, следовательно, какую именно проблему пришлось решить эволюции и как именно природа подошла к решению каждой из возникавших перед нею задач. В связи с этим были отмечены некоторые дополнительные возможности влияния белка на термодинамические и кинетические параметры реакций. [c.238]

Теперь мы суммируем приведенные ранее экспериментальные данные (и по ходу дела приведем некоторые дополнительные примеры и теоретические соображения), касающиеся механизмов влияния белка на термодинамические и кинетические свойства комплексов переходных металлов (разд. 10.1), а затем рассмотрим в свете изложенных соображений реакции изомеризации, катализируемые кобальткорриноидами. [c.238]

Е. Шахнович и А.Гутин предприняли попытку на трехмерной решетке белка из 27 остатков двух типов оценить влияние гетерогенности белковой последовательности на образование уникальной "нативной" конформации [89, 90]. Они также пытались выяснить, варьируя последовательность, условия возникновения компактной глобулярной формы [91, 92]. Авторы отметили определенное сходство модельной системы с реальными белками и сделали вывод, что данная белковая решетка может послужить исходной для последующей детальной разработки. Позже, однако, исследуя свертывание условной цепи из 80 звеньев, Шахнович заключил, что последовательность из 27 звеньев двух типов недостаточно специфична для моделирования реального процесса белкового свертывания в уникальную нативную конформацию [93]. В этой работе автор шел в обратном направлении - от заранее выбранной целевой структуры к конструированию последовательности, следуя ранее развитой процедуре. В конечном счете, он пришел к выводу, что природная белковая цепь оптимальна как в термодинамическом, так и кинетическом отношении. [c.496]

Надвторичные структуры представляют собой агрегаты полипептидных цепей, обладающих собственной вторичной структурой и образующихся в некоторых белках в результате их термодинамической или кинетической стабильности. Так, в глобулярных белках открыты ( 3х 3)-элементы (представлены двумя параллельными 3-цепями, связанными сегментом х), 3а 3а 3-элементы (представлены двумя сегментами а-спирали, вставленными между тремя параллельными 3-цепями) и др. В больших глобулярных белках иногда содержатся неодинаковые структурные домены, выполняющие разные функции, как и однотипные домены в пределах одного мономерного белка, образующиеся, вероятнее всего, как результат влияния генов в первом случае или дупликации генов —во втором. Домены создаются объединением и чередованием а-спиралей и 3-слоев, между которыми открываются более рыхлые структуры (рис. 1.19). [c.63]

Характерной особенностью биологически активных белков является лргУпгть. с которой они изменяются под влиянием тепла, ферментов, кислот и различных орГанйческих соединений.. При этом происходит денатурация белка 102 с полной утратой его, биологической активности. Денатурация, которая, как правило, является необратимым процессом, представляет собой скорее фи зическую или внутримолекулярную перегруппировку,, чем химическое изменение структуры нативного белка она меняет специфическую пространственную конформацию макромолекулы,/ но не сопровождается гидролизом ковалентных связей. В живых организмах эта конформация возникает в результате взаимодействия боковых ответвлений полипептидных цепей, являясь термодинамически неравновесной во время денатурации белок переходит в равновесную денатурированную форму. При достаточно сильном воздействии ферментов, тепла и различных химических агентов могут все же произойти более глубокие изменения вплоть до расщепления макромолекулы на отдельные аминокислоты вследствие гидролиза по пептидным связям. [c.331]

Установить более точно механизм влияния белка пока пе удается. Можно было бы также рассмотреть термодинамическую стабилизацию интермедиата [Ее.Н202] или [Ре.НОг , а также продукта реакции [ЕеО] или НОг , который может участвовать в реакции в качестве реагента (разд. 8.4). Можно попытаться выяснить влияние образования специфических водородных связей, сопряженного с кооперативными движениями внутри белка по типу, рассмотренному в разд. 7.6, на кинетику каждой из реакций, для которых константы скорости обозначены а и 35. [c.215]

На стр. 133 отмечалось, однако, что растворы белков и других слабых электролитов обычно содержат ионы, которые отличаются. друг от друга своими зарядами, поскольку заряд каждого отдельного иона колеблется около среднего зачения (что вызвано обменом ионами Н с растворителем). Влияние этого на термодинамические свойства растворов макроионов было рассмотрено Кирквудом и Шумакером . Общая теория, предложенная этими авторами, не может быть рассмотрена без ознакомления с содержанием гл. 7, однако наиболее важный результат, полученный ими, и который приводится здесь, может быть легко выведен с помощью теории Дебая—Хюккеля. [c.270]

Аминокислоты, полипептиды и белки являются наиболее известными представителями электролитов, способных находиться в растворе в виде катионов (кислотная область pH), анионов (высокие значения pH) и в виде диполярных ионов, или цвиттерионов, несущих одновременно положительные и отрицательние заряды (промежуточная область pH). Большое значение для работ в области сорбции аминокислот ионитами имело обнаружение факта нахождения моноаминомонокарбоновых кислот в сорбированном состоянии в виде катионов, а не цвиттерионов при контакте сульфокатионитов с нейтральными растворами аминокислот [183]. В дальнейшем спектральными методами было подтверждено именно подобное состояние резинатов аминокислот [268]. При этом необходимо отметить, что катионная форма моноаминомонокарбоновых аминокислот в связанном с сульфокатионитом состоянии простирается вплоть до полного заполнения всех ионогенных групп сульфокатионитов органическими ионами, что не позволяет оценивать это состояние резинатов только с точки зрения локальной концентрации ионов водорода в ионите, хотя влияние pH внешнего раствора и соотношения противоионов в ионите определенным образом влияют на термодинамические константы ионного обмена. Исследованию равновесных закономерностей сорбции аминокислот ионитами посвящено значительное число работ, выполненных в ряде научных центров [9, 189, 269—285]. [c.137]

Однако, как показал Соренсен, в таком виде эта молекула термодинамически неустойчива и под влиянием теплового движения молекул среды и собственного теплового движения, а также колебаний в отдельных своих звеньях неизбежно свернется в клубочек (глобулу). Многочисленные исследования показывают справедливость этого заключения. Глобулы по,добных белков являются эллипсоидами вращения или близки к шарообразной форме. [c.290]

Следует также ожидать влияния взаимодействия между функциональными группами, рассмотренного в предыдущем разделе, и на термодинамическое равновесие реакций других типов. Эти влияния рассматривались, в частности, для случая термодинамической устойчивости пептидной связи в макромолекуле белка [38]. Если гидролиз пептидной связи приводит к отщеплению отрезков макромолекулы и сопровождается разрывом ряда водородных связей, кажущаяся константа равновесия гидролиза должна уменьшаться вдвое при разрыве одной водородной связи [39]. Экснериментальные данные о равновесии такого типа были получены для фибриногена — белка, участвующего в образовании тромбов крови. В первой стадии процесса образования тромбов происходит гидролиз определенных пептидных связей и образуются короткие фрагменты макромолекулы. Этот процесс можно сделать обратимым и определить положение равновесия. Было показано [39], что равновесная концентрация пептидных олигомеров определяется устойчивостью наиболее легко гидролизуемых пептидных связей, скорость гидролиза которых на четыре порядка выше, чем нормальных пептидных связей. Однако, по-видимому, фактическая устойчивость этих связей весьма близка к нормальной, и низкое значение кажущейся константы равновесия реакции объясняется очень высокой степенью ассоциации олигомерных фрагментов, образующихся из макромолекулы исходного белка. Это указывает на то, что разрушение водородных связей не является необходимым для со.ль-волиза пептидной связи, и оно происходит лишь после расщепления пептидных связей. Аналогичные выводы могут быть сделаны на основании экспериментов с рибонуклеазой. Этот фермент также можно, гидролизуя н птидные связи определенного типа, расщепить на сегменты, состоящие из звеньев двадцати аминокислот [40]. Однако и в этом случае образующиеся олигомеры связаны между собой крайне прочно (константа диссоциации меньше 10 ) преимущественно водородными связями и разнообразными вторичными связями, которые при гидролизе пептидной связи не разрываются. [c.22]

Рассматривая причины конформационной устойчивости белков, Р. Ламри и Р. Билтонен делают такое заключение "Действительно, похоже, что нет предела изобретательности исследователей, предлагающих новые и новые существенные факторы. Легко перечислить различные предположения, но гораздо труднее классифицировать действующие силы в терминах количественных вкладов в энтальпию и энтропию образования конформации цепи для любого белка. Трудность состоит в том, что ни один из факторов не оказьшает преобладающего влияния на термодинамическую ситуацию" [20. С. 42]. Высказывание относится к 1969 г., но выраженная в нем мысль правильно отражает положение, сложившееся в этой области спустя десятилетие, [c.344]

Относительно быстрая реставрация структуры ферментов по сравнению с медленным восстановлением их биологической активности показывает, что промежуточные конформационные состояния образуются в заметных концентрациях. Тот факт, что полученные на разных стадиях ренатурации спектры ДОВ и спектры флуоресценции не имеют изосбестической точки, совпадающей с пересечением спектральных кривых состояний N и О, свидетельствует о том, что все промежуточные состояния одновременно присутствуют в растворе и находятся в равновесии. Условия окружения, а именно наличие или отсутствие специфических субстратов или кофакторов, их концентрация, значения pH раствора, ионной силы и концентрация белка, существенно влияют на скорость пространственной организации молекулы и на ее биологическую активность. Анализ полученных данных привел авторов к выводу, что свертывание фумаразы, энолазы и альдолазы определяется прежде всего термодинамическими факторами, а у трех других белков существенно влияние также кинетических факторов. У предста- [c.354]

На кафедре биофизики и биотехнологии Воронежского государственного университета в течение длительного времени проводятся систематические исследования по изучению влияния УФ-ра-диации на структуру и функции молекул одно- и двухкомпонентных белков (гемоглобина человека и некоторых животных, сывороточного альбух лина, каталазы, пероксидазы, цитохрома с, лактатдегидрогеназы, белков системы комплемента) и их комплексов, иммобилизованных ферментов и биомембран в условиях различного микроокружения, в широком диапазоне pH и температур, в присутствии модифицирующих агентов (серотонина, НА1)(Н), аскорбиновой кислоты, третичного бута1 ола, маннита, а-токоферола и др.). Определены величины г вантовых выходов, констант скоростей, энергии активации и термодинамических параметров реакции фотомодификации белковых молекул. [c.141]

При образовании пептидных связей в белках и полипептидах отдельные аминокислотные остатки теряют свой цвиттерионный характер. Их кислотно-основные свойства определяются лишь двумя концевыми остатками и боковыми группами. При этом изменение кривой титрования на участках, соответствующих отдельным остаткам, объясняется в основном двумя эффектами во-первых, электростатическими взаимодействиями, вызванными изменениями локальной химической структуры, и, во-вторых, термодинамическими взаимодействиями, обусловленными сопряжением ионного и конформацион-ного равновесий. Рассмотрим разницу между N- и С-концами белков, с одной стороны, и амино- и карбоксильными группами свободных аминокислот — с другой. При pH 7 в свободных аминокислотах имеет место значительное электростатическое притяжение между положительно заряженной НН группой и отрицательно заряженной СОО -группой. Данные по ионному равновесик олигоаланинов, приведенные в табл. 2.1, показывают, что это затрудняет удаление протона от NH , а также присоединение протона к СОО . Таким образом, если для Ala или (А1а)2 влияние заряженных групп очень велико, то уже для (А1а)4 взаимодействие между концевыми заряженными группами не столь важно. В Дополнении 2.1 рассмотрены основные принципы ионизационного равновесия и проиллюстрировано использование данных титрования для оценки энергии электростатического взаимодействия. [c.44]