А.Ю. Гросберг, А.Р. Хохлов - Физика в мире полимеров (1119325), страница 12
Текст из файла (страница 12)
е. доли сппрализованных звеньев цепи, от обратной температуры Т-'. Отнороднгае гомополимеры, назовем нх условно А — А —...— А и  —  —...— В, плавятся весьма резко, по при разных температурах (напрнмер, для ДИК только нз Л вЂ” Т-пир и только нз à — П-пар разница температур плавления достигает 40' С) †р.
3.13а и б. Ясно, что сополнмер А —... — А — А —  —  —,. — В плавится в две сттдии (рпс 3.13в) . й отсюда уже очевидно, что реальный ~ етерополнмер со сложным чередованием звеньев А и В ил твнтся постепенно (рнс. 3. 13г). Особенно яркой предстает картина на так называемои ДКП (диффереп1тиальиой кривой плавления) — зависимости производной тя', (т.
е. тангенся угла наклона касательной к графикам т ива рис. 3.13) от Т '. ДКП обычно имею г вид системы пиков (рпс. 3.14): если прп какой-го температуре Ти имеется пнк ДКГ1, то он отвечает вь'.плярлс~ ию определенного участка спирали — того„в первичной структуре которого доли «лсгьоплавкпхв н «гугопланкпхв звеньев отвечают плавлению в точке Т,. Итак, вторично е ст руктуры — это спирали пли й-складкии, у которых э,омсп г' )зная единица„т.
е. виток нлп цц1пло- кя пклго чает несколько, обгчьн1о от трех до десяти, после. т;оггатсльиых звеньев цепи, Б то же время третичная структура — это способ расположения в пространстве цепочки кяк целого, т. е. способ рлс. 3. Мс дифференциальные кривые плавления для тех >ке пер- ви нных структур, что и на рнс, 3.!3 р;;и" ценна элементов вторичной структуры. Третичная структура отличаегся от вторичной принципиально: если г брлзование вторичной структуры требует сближения в просчранстве только близких по цепи звеньев, то формирование третичной структуры может сблизить в пространстве любые, в том числе и сколь угодно далекие по пепи участки.
рнс, 3, 13 Третиянаи сярувтура глобулярного белка триоаофосфат- наоыерааы На рис. 3.15 в качестве примера схематически изображена третичная структура одного белка (его название триозофосфатизомерзза для нас сейчас не важно). Цилиндры — это участки а-спиралей, плоские стрелки — участки (1-структуры. Такой способ изображения придумала американский биофизик Джеки Ричардсон для наглядности, так как на рисунках, где вторичные структуры из.ь бражаются подробно, все выглндпт очень запутанно. На рнс. 3.15 изображен пример глобулярного белка— его третичная структура имеет внд плотно сжатого комка н называется глобулой.
0 полимерных глобулах мы расскажем в главе 7. 3,7. Глобулярные белки-ферменты Глобулярными являются очень многие белки — прежде всего ферменты, кзтализируюшне разноочразные химические реакцпи в живой клетке, включая би н синтез новых белков и ДНК Напомним, что катализатор-- это вещество, которое ускоряет ход химической (нлп какой-нпбудь другов) реакции, но само в результате реакции никаких изменений не претерпевает. Шуточный (з, впрочем, не такой уж и шуто шый) пример: эскалатор и метро.
Его функция заключается в том, чтобы поднимагь и опускать пассажиров. Этн операции можно длн наглядности изобразить как прямую и обратную резкпнп; с Человек ) Г Должное 1 Г с1еловек в подземной +~ количество Дна поверхности станции метро электроэнергии земли С точки зрения сохранения энергии здесь все просто н очевидно: если человек внизу и имеется порция электроэнергии, то человека люжно поднять (прямая реакция); наоборот, если человек вверху и опускается, то его потенциальную энергшо люзхно превратить в электрическую (обратная реакция).
Нп тот пропесс, нп другой самопроизвольно, без специально сконструированного эскалатора, конечно, не идут; в то же время сзм эскалатор от подъема плн спуска пассажира никаких изменений не претерпевает. Это — типичный катализатор. Подобных примеров вы можете сколько угодно придумать сами — в сущности, каталлзатором является любая машина или станок. И надо сказать, что биологические катализаторы-ферменты больше похожи именно на искусственные машины, чем на обычные химические катализаторы (вроде, скажем„порошка метал. ОО я!в!вской платинь<, ускоря>о<него почти в ОООО раз окис.<е<<це двуокиси серы до трехокиси при промышленном прои,<одсгве серной кислоты) Два свойства роднят ферменты с ь ашинами. Во-первых, чрезвычайно сильное ускорепие катализируемой реакции: <„ак красило, положение таково, по с фи!!ментом реакция и,,г, а без него практически не идгт вообще — ~очно так я;с, как не происходит самоцроизвольцого превращения с<ержии в вивт без випторезного ставка.
Во-вторых, ,1с вы шйцая специфичность катализа: с од<шм веществом ! и<, 3.!Ьт Схех а<иссек< и иллкстрьвии отдельных с<алий <)ерх<си- татиако<о катализа ф< рмсвт работает, а с друтим, даже очень похожим, пст--- совершенио так же, как одна и та >ке плашка правые винты р<ж<т, а левые цет. Как же работают эти молекуляршае машины — глобулы б лков-фермептов> Схематически это проиллюстрировано <ш рис. 3,16. Молекула-заготовка, подлежа<пая <обработке», входит в особое углубление, или карман, ца поверхности глобулы и в гл1бине кармана нажимает на екнопку», называемую активным центром; от этого электронные оболочки а,омов активного центра Приходит в быстрое движение, затем начинают двигвтьш< (более медленно) другие части <лобулы; они сжимают <он<готовку», как кле<ци, или растягнвшот ее, поворачива<от, лом!щи и т.
д. — вплоть до превращсш<я в <о:зделисм Конечно, ваше описание вриблцжен<ю, но надо сказвтгь гго строгое объяшкя ис механизма фермец<ативной активности !.'е заверц:шк! двжс в спсциаль<к<11! пауке о ферм-п.ах — эязиаюло! ии (цо.английски ферменты называют знзимами). Во всяком слу ше„сведующее заклкочецце кажется достаточно очевидным: восколькума<ацна — зто не просто груда как-н<юудь набросанных дегалсй, то и в глобуле белка-<Ьермента в<с э<<сная цсгц должны быть на вволне опредгленных местах. )-)ац<е заключение можно проверить ии опыте: если оно ш рио, то все молекулы данного белка должны бь<ть глобу- лами строго одинаковой ф(йгхсы и, с.,'едовзтельио, в достаточно кошшитрироваипой системе онн должны выстраиваться в правильяую пернели некую ршпетку (рис.
3 17) — белковый кристалл.;ужо так и оказывается: если выделись белок пз клс|ок и приготовить концептрировг1нньп~ раствор, то в пек. ~при соответствующих техпи вских ухигцрениях) пояплшотся белковые кристаллы, достаточно совершенные для того, ~тобы дзпзть четкие дифракциопные картины при облу кипи рентге«овгкнми лучами. Гэолес того, по зтим Г'вс. З, 37. Бсл«с»ый кр.'с~алл дпфршаГпопным картинам, т.
е. методом рентгеноструктурного анализа, можно определять прострапствепнсхе шруктуры глобул, Имегшо так их ои)шделспот яа практике, и к настоящему времени п«ело «расшифровасшых» трети шых с ~ руктур исчисляется уже сотнями. Какие же силы удерживиот белок в глобулярпом состояииис Ведь глобула белка должна быть очень плотной— только в атом случае возможна фиксация звеньев пени но вполне определенных положениях. Оказывается, сжал,е белковой макромолекулы до состояния плотной глобулы обусловлено в основном уже обсуждавшимся гидрофоби ями аффектом: примерно половина нз двадцати амипокис,лотш:х огтатков гидрофобпы, они располагаются внутри глобулы, предоставляя гидрофнльпым поверхность — ш.лу пк гсл очень похоже па сферические мипеллы (рпс.
3.5. ), тсшько все «прошито» е;шпон пенью и форма бласодаря атому нс шаровая, а гораздо более сложная Теперь мгя пов маем и трудск сть белковой ипяссперпп: придумать 4«ершгп1)чо структуру твк, чтобы цепс пса егер 62 щ лась в 1лобулу с правильной третичпой структурой и вы,;олпяла желаемую функцщо,— зто задача не проще, чем 1п,,рнсять популярную книгу по физике полимероп на неизвес, пом тарабарском языке путем манипулирования послежсштсльностыо букв, 3.8.
Третичные структуры других биополимеров Итак, третичная структура глобулярного белка — это вполне определенная пространственная конструкция. Похожая, но менее ясная ситуация с РНК, Третичные структуры ДНК изучены меньше, потому что макромоле„улы ДНК очень длинные н формируют пространстпенные сЧ«уктуры пе сами по себе, а в комплексе с белками (раз«сры которгях по сравнению с ДНК очень мали); немного об атом мы еще скажем в главе 7. Наконец, кроме глобулярных, бывают еще фибриллярпые белки, где молекулярные цепи по нескольку штук сьннаются в «косички» вЂ” фибриллы (волокна); например, таков коллаген сухожилий.
Структура и функционирование таких волокон тоже очень интересны, но... обо всем не расскак«ешь| 3.9. Физика и биология В заключение данной главы мы остановимса еще только иа одном вопросе: первичная, вторичная, третичная... Л что дальше? Иногда говорят о четвертичной структуре, если слипаются несколько белковых глобул или если одна белковая цепь формирует несколько небольших глобул.
Но ясно, что есть еще очень много иерархических уровней структуры: есть комплексы цепей, из них состоят органеллы, из органелл клетки, из клеток ткани и т. д, Чем здесь занимается биология и чем физика? Физик н химик изучают атомы, молекулы и т. д.; биолог, идя им навстречу, интересуется органами, тканями, клетками... ! ~пресекаются ли области интересов физика и бчолога, или ~ольке соприкасаются, илп между ними лежит пропасть? ропрос острый — ведь если пропасть„то нам никогда не и;нять как следует, что же такое жизнь.
И вот оказывается, что именно биополимеры со своими тремя иерархическими уровнями структуры — первичной, вторичной и третичной имеют все основания претендовать на роль моста через пропасть: с одной стороны, биополимерная цепь— 63 это просто молекула, и вопрос о ее свойствах можно поставить как чисто физический; с другой стороны, свойства ', биополимерной макромолекулы еслинеобладают тем, что .: моэкно назвать биологической спецификой„то во всяком случае тесно с нею связаны. Действительно, в чем с точки зрения физика специфика любого биологического объекта, от слона до микроба? Одна из главных особенностей — наличие чконструкции», приданной от рождения н сохраняемой до смерти, Но этим свойством, пусть в простейшей форме, обладает и цепь биополимера — при синтезе она получает первичную структуру и сохраняет ее до распада.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
