Физические методы исследования белков и нуклеиновых кислот - Лазуркина Ю.С.
Скачать (прямая ссылка):
коэффициенты связей NH и СО увеличиваются, так как уменьшаются длины этих связей, т. е. а0 в формуле (3), тогда как силовые коэффициенты углов ОС и CNH уменьшаются. Отсюда следует, что валентное колебание NH в пептидной группе без водородной связи будет иметь более высокую частоту (около 3450 см-1), чем с водородной связью (около 3300 см-1). Точно так же и полоса Амид I, обусловленная колебанием, при котором сильно изменяется длина связи СО, будет иметь соответственно более высокую частоту (на 40—50 см~1). Наоборот, частоты деформационных колебаний Амид II, Амид III и Амид V сдвигаются при разрыве водородной связи в сторону низких частот. Величина сдвига частоты характеризует силу водородной связи. Наибольший сдвиг имеют валентное и неплоское деформационное колебания группы NH. Сильно изменяются также ширина полос и их интенсивность: при наличии водородной связи полосы поглощения шире и приблизительно на порядок интенсивнее. В большинстве полипептидов и белков полоса валентных колебаний NH-группы имеет частоту максимума в интервале 3280— 3310 см-I; исключение составляют белки группы коллагена (частота около 3330 см~1). Такая большая стабильность частоты, независимо от конформации, объясняется, по'видимому, тем, что основные параметры пептидной водородной связи (и главным образом расстояние N...O) во всех этих структурах остаются приблизительно постоянными. Частота валентного колебания остается практически неизменной даже в том случае, когда полипептид имеет беспорядочную конформацию цепей, правда, при этом ширина полосы становится заметно больше.
В настоящее время интерес исследователей сосредоточен главным образом на изучении трех амидных колебаний — v0, vi, V2 (валентное колебание NH, полосы Амид I и II соответственно). Расчеты нормальных колебаний пептидной группы показали [17], что из всех плоских колебаний три отмеченные наиболее локализованы и могут быть описаны смещениями из положений равновесия лишь шести атомов самой пептидной группы (рис. 7). Мы видим, что общепринятые названия колебания Амид I и Амид II— «карбонильное колебание» и «деформационное колебание NH» — довольно грубо характеризуют эти колебания, хотя и правильно отражают их основную сущность. Действительно, поляризация колебания vi приблизительно совпадает с направлением связи СО, а для v2 она направлена почти перпендикулярно связи NH в соответствии с направлением поворота этой связи при колебании. Объясняется это тем, что интенсивность и поляризация колебаний пептидной группы в самом грубом приближении могут быть получены из рассмотрения колебаний только тех связей, которые имеют наибольший дипольный момент и характеризуются наибольшим изменением дипольного момента при растяжении связи. Такими связями в пептидной группе являются связи СО и NH.
Рис. 7. Смещение атомов из положений равновесия для некоторых основных колебаний пептидной группы в транс-конфигурации. Для наглядности амплитуды смещений представлены в увеличенном виде (10:1) по отношению к размерам связей. Стрелки, заостренные с обоих концов, показывают направление момента перехода [17]
Их дипольные моменты должны быть равны около 2,3 и 1,3 D, если пептидная группа имеет кетонное строение; на самом деле они еще больше. Все остальные связи имеют дипольные моменты, близкие к нулю, и, следовательно, в этом приближении слабо проявляют себя в интенсивности и поляризации полос поглощения. Поляризация основных колебаний пептидной группы, показанная на рис. 7, была определена экспериментально при изучении дихроизма инфракрасного поглощения монокристаллов, имеющих известную структуру. Таким образом, мы располагаем достаточным количеством сведений о происхождении основных колебаний пептидной группы. Благодаря этому стало возможным успешное изучение структуры полипептидов и фибриллярных белков методом инфракрасной спектроскопии.
В соответствии с предложенным рентгеноструктурным критерием, фибриллярные белки можно разбить на три основные групт пы: 1) а-белки со спиральной конформацией полипептидной цепи;
2) р-белки с конформацией складчатого слоя с вытянутой цепью;
3) белки группы коллагена со сложной спиральной конформацией, отличной от конформации белков а-группы.
В таблице 2 показан характерный инфракрасный дихроизм основных пептидных полос, который может быть использован для определения принадлежности белка к данной структурной группе.
В таблице даны приближенные частоты и поляризации полос поглощения (|| — параллельно оси волокна, _L—перпендикулярно). Мы видим, что белки коллагеновой группы по дихроизму полос похожи на р-белки, однако частоты основных пептидных полос весьма специфичны (например, валентные колебания NH).
На рис. 8 изображен поляризационный спектр типичного представителя р-белков — фиброина шелка [20]. Волокно было взято
Рис. 8. Поляризационный спектр фиброина шелка шелковичного червя (а) и поляризационный опектр частично дейтерированного фиброина шелка (б). Образец выдерживали несколько суток в парах тяжелой воды [20]. Сплошная линия — электрический вектор падающего излучения перпендикулярен оси волокна, пунктирная — параллелен
