Физическая биохимия - Фрайфелдер Д.
Скачать (прямая ссылка):
* Обычно образец помещается между скрещенными поляризатором и анализатором и анализатор поворачивается до полного гашения света. — Прим. ред.
Интерпретация кривых ДОВ и КД
Теория оптической активности пока еще не позволяет установить точную структуру белка по спектру КД, хотя, как будет видно позже, в случае нуклеиновых кислот дело обстоит несколько лучше. Осложнения возникают из-за того, что очень часто хромофор не является асимметричным, а его асимметрично возмущают соседние группы. Кроме того, в случае белков (когда спектры КД регистрируют в области поглощения пептидных связей) имеется осложнение другого рода: так как полипептид-ная цепь принимает многие конформации, зависящие от точной локализации пептидных связей в белке, спектр соответствует усредненным конформационным параметрам. Поэтому на практике используется эмпирический подход, заключающийся в том, что получают спектр ДОВ или КД молекул, структура которых точно определена методом рентгеноструктурного анализа, и устанавливают связь спектра со структурой молекулы. Этот спектр затем сравнивают со спектром белка, структура которого неизвестна. Главная проблема, которая возникает при использовании этого подхода, состоит в необходимости сделать допущение (которое редко доказывается), что структура макромолекулы в растворе (известно, что ДОВ и КД регистрируют в растворе) почти такая же, как в пленке, кристалле или сухом порошке (которые используют для рентгеноструктурного анализа), приготовленных с использованием того же растворителя.
Для разрешения таких проблем был разработан ряд рабочих «правил», используемых для анализа спектров. Некоторые из этих правил представлены в табл. 16-1. Правило 1 в первую очередь используется для оценки преобладающей конформации
ТАБЛИЦА 16.1
Эмпирические правила, применяемые для интерпретации спектров ДОВ и КД
1. Спектр ДОВ или КД аддитивен, т. е. представляет собой простую сумму спектров компонентов (как на рис. 16-7). Это заключение не всегда строго соблюдается, но может служить в качестве хорошего приближения.
2. Амплитуда кривой ДОВ или сила вращения, определяемая по кривой КД, в некоторых случаях являются мерой степени асимметрии молекулы. Если эти параметры увеличиваются или уменьшаются под действием некоторого агента, значит, он увеличивает или уменьшает асимметрию молекулы (хотя изменение асимметрии обычно затрагивает и другие спектральные параметры).
3. Симметричный хромофор может стать оптически активным, когда он попадает в асимметричное окружение (например, спираль). Это может сопровождаться или не сопровождаться изменением \0.
4. Величина Х0 и величина и знак At при Х0 позволяют идентифицировать
хромофор, потому что эта величина >.0 всегда близка к величине Х0, полученной из обычного спектра поглощения._______________________________________________
макромолекулы (например, для определения содержания в белке спиральной конформации), или оно может быть использовано для подтверждения того, что структура, определенная с помощью рентгеноструктурного анализа, сохраняется в растворе. Правила 2 и 3 главным образом используются для исследования взаимодействий между макромолекулами и малыми молекулами. Примеры, приведенные ниже в этой главе, иллюстрируют применение правил.
Применение ДОВ и КД для изучения структуры белков и полипептидов
Из-за отсутствия соответствующей теории, как уже обсуждалось ранее, для установления вторичной структуры белка разработан эмпирический подход, согласно которому определяют кривые ДОВ и КД для модельных полипептидов. (Для модельного полипептида характерна только одна конформация и его структура известна из данных по рассеянию рентгеновских лучей.) Затем пытаются из этих «стандартных» кривых построить средневесовую кривую, которая была бы такой же, как наблюдаемая кривая образца.
Для белков главными стандартами являются три формы по-ли-l -лизина: а-спираль, p-форма и беспорядочный клубок, спектры ДОВ и КД которых показаны на рис. 16-10, Л. Если допустить, что не существует других конформаций и что боковые цепи аминокислот не оказывают влияния на спектры, тогда путем простого графического сложения можно рассчитать ожидаемую кривую для белка, содержащего смесь этих трех конформаций. Пример показан на рис. 16-10, Б, где изображены наблюдаемая и рассчитанная кривая КД миоглобина (структура которого точно известна из данных рентгеноструктурного анализа). Как можно видеть, анализ является достаточно хорошим, хотя и нет полного совпадения. Такое графическое сложение просто выполнить для расчета кривой белка с известной структурой. Однако более интересная проблема — определение вклада трех форм в случае белка с неизвестной структурой — является серьезной задачей, которая решается путем подбора кривых с помощью ЭВМ. Для этого осуществляют непрерывную подгонку, изменяя долю каждой кривой, и проводят суммирование, пока не будет получена наблюдаемая кривая.
Трудность такого анализа состоит в том, что, как отмечалось для миоглобина, редко наблюдается полное совпадение с рассчитанной кривой. Как и следовало ожидать, это обусловлено
