Физическая биохимия - Фрайфелдер Д.
Скачать (прямая ссылка):
t t / ^ т т
т тно О 1 1
РИС. 1-7.
—j" '__о денатурация или //" I v развертывание
(\ иЛ '
4%V ((
> j; Ц
' ' \\
^ ^ ренатурация VJ
денатурация
РИС. 1-8.
Некоторые формы макромолекул н их превращения.
1 — компакт[[ан молекула; 2 —- дисульфндная ноперечная связь; 3 — неупорядоченным клубок; 4 — стержнсоОразная двойная спираль (например, ДНК); 5 — неупорядоченный клубок; <-> — нативная; 7 — денатурированная.
Чл -
где N — число фрагментов (или мономеров) и Ri—среднее расстояние фрагмента i от центра тяжести. Отсюда следует, что Rg пропорционально )ЛЛ Это также величина среднего размера гипотетической сферы, в которую может быть уложен клубок. Белок, в котором все водородные связи разрушены, но осталось несколько дисульфидных мостиков, которые уменьшают радиус инерции, называют иногда почти неупорядоченным клубком.
В большинстве биополимеров имеются существенные взаимодействия боковых цепейt которые приводят к уменьшению размеров молекулы до меньших, чем имеет неупорядоченный клубок. Такие молекулы глобулярны, и часто говорят, что они компактны (рис. 1-8).
Многие полимеры имеют спиральную структуру (рис. 1-9). Для белков это означает, что плоские связи вращаются вокруг
2
3
R R R
R R
5
R К
4
6
7
РИС. 1-9.
Некоторые конформации макромолекул.
/ — а-спираль; 2 — двойная спираль (как в ДНК); 3 — тройная спираль (как в коллагене); 4 — 0-складчатая структура; 5 — направление полипептидной цепи; 6' — аптниарал-лельное; 7 — параллельное.
особых точек так, что вращение от плоскости к плоскости постоянно. Такая структура может перейти в цилиндрическую. Простым примером является структура, образование которой наглядно можно представить следующим образом: углы всех карт в
колоде прокалывают прямой булавкой, а затем каждую карту поворачивают вокруг булавки на определенный угол по отношению к карте, лежащей снизу. Во многих белках вращение происходит у а-углеродного атома аминокислоты (рис. 1-6) и структура стабилизируется связями между карбоксильными и аминогруппами. Этот тип спирали называется а-спиралыо (рис. 1-10). В полинуклеотидах плоские нуклеотидные основания располагаются одно над другим, но при этом немного поворачиваются. В ДНК две полинуклеотидные цепи (тяжи), каждая из которых вытянута вследствие межплоскостного взаимодействия, связываются между собой водородными связями и образуют двойную
РИС. 1-10.
Л — структура а-спирали (по Pauling L The Nature of the Chcmica], Boud, 3d ed., Cornell University, 1960). Б — в а-спирали NH-группы остатка n связаны водородными связями с СО-группами остатка п—4.
11 н н о н н н о н
I I I I I III! I
— N — С—С— \ — С—С — \—С—С— N—С—С—N — С—С-
II I I | | I I I II
R, О R, Н R3 О R4 Н Ra О
спираль (рис. 1-9). Некоторые молекулы (например, белок коллаген) могут образовывать тройную спираль. Спиральные молекулы (одно- или многоцепочечные) являются примерами вытянутых или стержнеобразных молекул.
В белках часто встречается тип вторичной структуры, называемой (3-структурой и характеризующейся тем, что в ней два участка полипептидной цепи (или в некоторых случаях две раз-
личные цепи) вытягиваются в линию рядом друг с другом и удерживаются вместе водородными связями. Для того чтобы число водородных связей было максимальным, полипептидные цепи складываются, как показано на рис. 1-9. В этой структуре в плоскости складки находится пептидная группа, а боковые цепи располагаются над и под плоскостью листа. На рисунке представлена только одна из нитей p-структуры; обычно вторая нить примыкает к показанной на рисунке. Эти две нити могут примыкать друг к другу (рис. 1-9) таким образом, что их направления совпадают (параллельное) или противоположны (антипарал-лельное). Такие участки белка называются параллельными и аитипараллельными складчатыми р-структурами соответственно.
Понятие о нативных и денатурированных структурах
Термин нативная структура общепринят, но ему трудно дать определение. Он может означать следующее: либо структуру макромолекулы, как она существует в природе, либо структуру макромолекулы, когда она выделена, при условии сохранения ферментной активности.
Денатурированная структура — это столь же неопределенное понятие, которое обычно означает такую форму молекулы, в которой по сравнению с нативной изменена пространственная структура. Для белков это обычно означает неупорядоченный (или почти неупорядоченный) клубок. Для двухцепочечной (нативной) ДНК этот термин означает одноцепочечную ДНК, которая может содержать или не содержать внутрицепочечные водородные связи и которая может неупорядоченно (статистически) агрегировать с одной или несколькими различными единичными цепями (тяжами). Если молекула частично утрачивает нативную структуру, то такую молекулу называют частично денатурированной.
Переход от упорядоченной к неупорядоченной структуре ДНК часто называют переходом спираль — клубок, хотя столь же часто применяется термин «денатурация». При переходах спираль — клубок обычно отмечают изменения в каких-нибудь физических свойствах молекулы, например характеристической вязкости, оптической плотности, коэффициента седиментации и т. д. Обычно переход спираль — клубок происходит при нагревании, при изменении pH и концентрации солей, а также под действием химических денатурирующих агентов, таких, как мочевина и хлоргидрат гуанидина для белков и формамид, формальдегид и этиленгликоль для нуклеиновых кислот (рис. 1-11). Температу-
