Биофизика - Владимиров Ю.А.
Скачать (прямая ссылка):
(VJ к неполярной (Vi).
Обозначим площадь поверхности гидрофобного ядра через S (S = 4 я г2, где
г -радиус гидрофобного ядра) (см. рис. 25). Тогда объем гидрофобного ядра
будет равен V i = Sri3, а объем гидрофильной фазы приближенно равен Ve =
Sd. Соответствующее отношение объемов фаз в случае сферической глобулы
(bs) равно
3 Sd 3 d 3d
Гидрофильная обол очи а Гидрофобное ядро I
Глобула
С-**)
Фибрилла
(ЬнЬ*)
Надмолекулярные
стцуитуры
Рис. 25. Модель белка по Бреслеру - Талмуду.
в -форма белковой молекулы в зависимости от параметра Ь; б -значения Ь,
вычисленные из данных о составе 35 белков, как функция V (кривая Фишера)
(пояснение в тексте). Штриховыми стрелками обозначено изменение V прн
агрегации.
Из полученного уравнения (3.1) видно, что чем меньше радиус глобулы г 0,
тем больше должна быть относительная гидрофильность белка. На рис. 25
приведена теоретическая кривая (кривая Фишера) значений Ъ в зависимости
от объема глобулы V {V = Ve + V,)> а также экспериментальные значения V и
Ь для ряда белков. Экспериментальные точки располагаются вблизи
теоретической кривой, однако, как правило, выше нее. Глобула может быть
сферической лишь при b - bs. Если b > bs, т. е. полярных остатков в белке
больше, чем необходимо для того, чтобы покрыть гидрофобное ядро
гидрофильным слоем, то глобула вытягивается в виде эллипсоида и имеет
большую поверхность, чем в случае сферы. На рис. 25 такие белки
обозначены кружками. Если b значительно больше Ьа, то возникает
V
фибриллярная структура (крестики на рис. 25). Напротив, при b < bt
гидрофильные остатки не полностью закрывают гидрофобные. Гидрофобные
взаимодействия между такими участками ведут к агрегации белков и
возникновению надмолекулярных структур (треугольники на рис. 25). Таким
образом, белки, для которых значения b лежат выше кривой Фишера,
представляют собой эллипсоиды и фибриллы, на кривой - глобулы, под кривой
располагаются белки, образующие надмолекулярные (четвертичные) структуры.
Формирование гидрофобного ядра в глобулярных белках имеет, по-видимому,
принципиальное значение для их функционирования. Прежде всего благодаря
гидрофобным взаимодействиям белки при большой молекулярной массе обладают
сравнительно компактной структурой, при этом компактно упакованная
глобула находится в одной, наиболее устойчивой конформации.
Советский биофизик М. В. Волькенштейн в 1966 г. обратил внимание на то,
что генетический код ДНК построен таким образом, что в случае
произвольной замены одного нуклеотида в триплете возникшая мутация мало
изменяет гидрофобность кодируемой аминокислоты. Благодаря этому
обстоятельству большинство мутаций не изменяет пространственную структуру
белка.
3.5. СВЯЗЫВАНИЕ ЛИГАНДОВ С МАКРОМОЛЕКУЛАМИ
Образование комплексов между малой молекулой (ионом, метаболитом,
гормоном, лекарственным препаратом и др.), именуемой лигандом (L) и
центрами связывания лиганда на макромолекуле (М) лежит в основе
функционирования многих биополимеров. Образование комплекса ML можно
рассматривать как химическую реакцию М + ¦f ML, характеризуемую
константой образования комплекса, т. е. константой связывания (К):
К = [ML]I[L\ [М]. (3.2)
Обозначим через г концентрацию связанного лиганда г = I ML], с -
концентрацию свободного лиганда с =
- [Zj, N - концентрацию центров связывания, тогда концентрация не занятых
Лигандом центров будет равна N -
- г = [ЛИ. В этих обозначениях уравнение (3.2) перепишется В виде;
78.
В артериях
I-----------------------------------------1
Рис. 26. Кривые насыщения кислородом миоглобина МЬ(1) и гемоглобинов:
фетального
(HbF) (2), нормального (НЬА) (3), больного серповидноклеточной анемией
(HbS) (4); Y- степень насыщения НЬ кислородом; ро, - парциальное давление
02.
г/0
б
Рис. 27. Определение параметров сродства лиганда к макромолекуле в
двойных обратных координатах (а) и координатах Скэт-чарда (б) по
экспериментальным данным (линия с кружочками), г, с - концентрации
связанного и свободного лиганда (соответственно); К - константа
связывания; N - число участков связывания.
К = - . (3.3)
c(N - г)
При заполнении половины центров связывания г = = N12 из уравнения (3.3)
получаем значение К-
К =------------= 1 /с0, (3.4)
c0(N-NI 2)
т. е. К обратна концентрации свободного лиганда (с0) в условиях 50%
заполнения центров связывания. Хорошо изученный пример связывания лиганда
- образование комплекса кислорода с гемосодержащими белками. На рис. 26
представлены кривые насыщения кислородом миоглобина (Mb) и различных
гемоглобинов (НЬ) человека: фетального (HbF), нормального (НЬА) и
больного серпо-видноклетпчнгй анемией (HbS). При построении кривых
связывания Ог с НЬ и Mb удобнее измерять не концентра-
79
цию 02, а его парциальное давление - р02, которое прямо пропорционально
концентрации 02 в растворе. Величина р02, при котором 50% НЬ
оксигенировано, является мерой сродства НЬ к кислороду и обозначается
Р60. Уменьшение значений РБ0 означает увеличение К, т. е. способности
