Биологический каталог




Биологическая химия

Автор Д.Г.Кнорре, С.Д.Мызина

ых к различным видам нековалентных взаимодействий и- поэтому способных захватить молекулу лиганда, хотя значительно менее эффективно, чем это происходит в активном центре. Разумно предположить, что в ряде случаев такой захват приведет к тому, что лиганд, образовавший такой неспецифпчный и несовершенный комплекс „с молекулой белка, далее не покинет эту молекулу, а будет перемещаться вдоль ее поверхности, проходя через множество аналогичных несовершенных комплексов, до тех пор, пока не окажется в активном центре. Иными словами, поиск активного центра лигандом может происходить не методом проб и ошибок с полной диссоциацией случайно образовавшихся несовершенных комплексов, а путем своего рода двумерной диффузии захваченного в некотором случайном месте лиганда по поверхности белковой молекулы. Вопрос о возможности и преимуществах такого механизма узнавания пока изучен слабо как теоретически, так и экспериментально.

Несколько глубже продвинуто изучение узнавания специфического участка на линейных структурах. Речь идет об узнавании определенных участков в ДНК ферментом РНК-полимеразой. Синтез новых молекул РНК на ДНК-матрице должен начинаться в строго определенных точках. В связи с этим на двунитевых ДНК имеются специальные районы — промоторы, предшествующие участку начала транскрипции, с которыми РИК-молиМеразы образуют весьма прочные комплексы (см. § 5.5). Экспериментально установлено, что сродством к ДИК-полимеразе обладают не только промоторы, по и все участки ДНК. По-видимому, первоначально РНК-полимераза может связаться с произвольным участком ДНК, однако эта связь недостаточна для начала синтеза новых молекул РНК. 13 то же время она обеспечивает возможность линейного перемещения фермента относительно ДНК до тех пор, пока фермент не достигнет промотора и не окажется прочно зафиксированным в положении, из которого при наличии необходимых мономеров он может начать сборку новой полпрнбоиуклеотпдпон цепи. В последнее время получены экспериментальные доказательства такого процесса.

Кратковременное интенсивное УФ-облучение комплекса ДНК с РНК-полимеразой из Е. coli приводит к ковалентпому присоединению (сшиванию) фермента к ДНК. Если облучение провести практически одновременно со смешиванием ДНК и фермента, последний оказывается зафиксированным в самых разнообразных участках нуклеиновой кислоты, чаще всего вне промоторов. Если же перед облучением выждать некоторое достаточно продолжительное время, то сшивание происходит почти исключительно с пр'омоторамн. Таким образом, в этом случае действительно первоначально образуются случайные, мало специфичные и не очень прочные комплексы, а затем происходит одномерная (вдоль линейной структуры) диффузия фермента, приводящая в конечном итоге к попаданию его в нужный участок.

3.3. ПРОСТРАНСТВЕ!Ill?5? СТРУКТУРА БЕЛКОВ

Как известно, геометрия любой молекулы определяется тремя группами геометрических характеристик ее химических связей — длинами связей, валентными углами и торсионными углами между связями, примыкающими к соседним атомам. Первые две группы в решающей мере определяются природой участвующих

атомов и o6Daavmninvrn гннзрй Поэтому ипгнтпиистнечшая структура полимеров В

основном определяется торсионными углами между звеньями полимерного остов» молекул, т.е. конформацией полимерной цепи. Торсионный угол, т.е. угол повс рота связи А-В вокруг связи В—С относительно связи Q—D, определяется как уг между плоскостями, содержащими атомы А, В, С и атомы В, С, D (рис. 12).

В принципе в системе атомо!

гов» овец

>мо1

? '/

Рис. 12. Схема определения торсионных углов: а — положительный угол; б — отрицательный угол

А, В, С и D возможна такая геометрия, при которой связи А—В и С-D расположены параллельно и находятся по одну сторону от связи В-С. Если проводить аналогию с системой, в которой связь между В и С двойная, то такую конформацию можно назвать цис-конформацией. Если рассматривать эту систему вдоль связи В-С, то связь А—В как бы заслоняет связь C~D, поэтому такая конформация называется заслоненной. Согласно рекомендациям международных союзов чистой и прикладной химии IUPAC * и биохимии IUB**, угол между плоскостями ABC и BCD считается положительным, если для приведения конформации в заслоненное состояние путем поворота на угол не выше 180° ближнюю к наблюдателю связь нужно поворачивать по часовой стрелке. Если эту связь для получения заслоненной конформации нужно поворачивать против часовой стрелки, то угол считается отрицательным. Нетрудно убедиться, что это определение не зависит от того какая из связей находится ближе к наблюдателю

Как уже указывалось в предыдущем параграфе, пептидная связь вследствие р, ?г-сопряжения тг-связи карбонильной группы и р-орбитали атома N, на которой находится неподеленная пара электронов, не может рассматриваться как одинарная и вращение вокруг нее практически отсутствует. По этой же причине хираль-ный атом Са и карбонильный атом Ск.

любого i-ro аминокислотного остатка Рис. 13. Взаимное расположение в прост-пептидной цепи и атомы N и Са(г + 1)-го ранстве плоскостей двух соседних пептид-остатка находятся в одной плоскости. В ных связей:

этой же плоскости, естественно, находят- ft и ?? - торсионные углы, соответствующие ся карбонильный атом 0 и амидный атом поворотам вокруг связей Nj - С? и Cf- Ск

international Union of Pure and Applied Chemistry. * international Union of Biochemistry.

Рис. 14. Схематическое изображение спирали:

? — правая; б — левая; ? — шаг спирали; г - радиус спирали

Н* (рис. 13), расположенные по отношению друг к другу в транс-конфигурации. Поэтому геометрически полипептидную цепочку можно рассматривать как образованную такими плоскими фрагментами, содержащими каждый шесть атомов. Взаимное расположение этих фрагментов, как и всякое взаимное расположение двух плоскостей, должно определяться двумя углами. В качестве таковых принято брать торсионные углы, характеризующие вращения вокруг ?-связей IV—Са и Са—Ск. При этом, как видно из рис. 13, ориентация фрагмента, содержащего атомы C^.j и [(г-1)-й фрагмент], и фрагмента, содержащего атомы С<* и С^+1 (г-й

фрагмент), определяется торсионными углами, соответствующими вращению вокруг связи N,—С<* и связи С<*~CJ. Эти углы принято обозначать как ? и ф, в

приведенном случае соответственно ?, и Vi- Их значениями для всех мономерных фрагментов полипептидной цепи в основном определяется геометрия этой цепи. Никаких однозначных величин ни для значений каждого из этих углов, ни для их комбинаций не существует, хотя и на те и на другие накладывается ряд ограничений, определяемых как свойствами самих пептидных фрагментов, так и природой боковых радикалов, т.е. природой аминокислотных остатков.

Если на протяжении некоторого участка цепи однотипные углы приблизительно одинаковы, то структура полипептидной цепи приобретает периодический характер. Существует два класса таких структур — спиральные и растянутые (плоские или складчатые).

Спиральной считается структура, у которой все однотипные атомы лежат на одной винтовой линии. При этом спираль считается правой, если при наблюдении вдоль оси спирали она удаляется от наблюдателя по часовой стрелке, и левой, если она удаляется против часовой стрелки. Нетрудно убедиться, что это определение не зависит от того, с какой стороны ее рассматривать (рис. 14). Полипептидная цепь имеет спиральную конформацию, если все атомы Са находятся на одной винтовой линии, все карбонильные атомы Ск — на другой, все атомы N — на третьей, причем шаг спирали для всех трех групп атомов должен быть одинаков. Одинаковым должно быть и число атомов, приходящихся на один виток спирали, независимо от того, идет ли речь об атомах Ск, Са или N.

. * Накопленный при изучении структуры белков материал показывает, что это утверждение не совсем строго. Атомы, связанные с пептидным атомом азота, находятся не в одной плоскости с ним, а образуют трехгранную пирамиду с углами между связями, очень близкими к 120°. Поэтому между плоскостями, образованными атомами С<^, C*J, 0* и Nj+ь Hj+i,

С^+1, существует некоторый угол, отличающийся от 0°. Однако, как правило, он не превышает 1° и при дальнейшем рассмотрении это отклонение учитываться не будет.

?3?

S /V

Рис. 15 Фрагмент «-спирали полипептидной цепи. Прерывистая линия изображает винтовую линию, проходящую через «-углеродные атомы

Рие. 16. Направление дипольных моментов (?) пептидной связи:

а - дипептидного фрагмента; б- «-спирали

Расстояние же до общей оси винтовой линии для каждого из этих трех типов атомов свое.

Для полипептидных цепей известно несколько различных типов спиралей. Среди них наиболее распространена правая а-сппраль, представленная па рис. 15. Идеальная ?-спираль имеет шаг 0,54 им и число однотипных атомов на один виток спирали 3,6, что означает полную периодичность на пяти витках спирали через каждые 18 аминокислотных остатков. Значения торсионных углов для идеальной ?-спирали ? = -57° и ф = —17°, а расстояния от атомов, образующих полипептидную цепь, до оси спирали составляет для N 0,15 им, для С° 0,23 им, для Ск 0,17 нм. Естественно, что любая конформации, в том числе и спиральная, может преобладать в структуре биополимера только при условии, что имеются

факторы, стабилизирующие эту конфор-мацию. В случае ое-спирали такими факторами являются водородные связи, образуемые каждым карбонильным атомом кислорода г-го фрагмента и амид-ным атомом (г + 4)-го фрагмента. Интересно отметить, что такая структура, нашедшая подтверждение на огромном накопленном в настоящее время материале по структуре белков, была первоначально предсказана теоретически в 1951 г. Полингом и Кори, которые исходили из данных по геометрии аминокислотных остатков и амидных связей и из общего соображения, что устойчивая структура должна содержать максимально возможное число водородных связей. Важное значение для стабилизации «-спирали имеет и то обстоятельство, что при этом оказываются параллельно ориентированы дипольные

моменты пептидных связей, направление которых показано на рис. 16.

страница 20
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109

Скачать книгу "Биологическая химия" (8.81Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(30.05.2017)