А.В. Финкельштейн, О.Б. Птицын - Физика белка - Курс лекций с цветными и стереоскопическими иллюстрациями и задачами (1123404), страница 27

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 27)

Все этосвязано с большой свободной энергией обширной границы раздела фаз.А β-структура как раз и образуется фазовым переходом первого рода совсеми вытекающими последствиями...Наоборот, α-спираль не образуется фазовым переходом первого рода[вспомните: граница спирали, в отличие от границы β-структуры (илильдинки), не растет с ее размером] — поэтому барьер, который нужно преодолеть при сворачивании спирали, всегда имеет конечную (и небольшую)величину, и она может успеть «проинициироваться» за долю микросекунды. Заключительное замечание: что такое «клубок». Этим термином я много раз пользовался, говоря о цепи, не имеющей определенной структуры.действительно, понятие «клубок» охватывает огромное множество конформаций, не имеющих никакого дальнего (по цепи) порядка, что, однако,не исключает слабый (на масштабе всего нескольких подряд идущих звеньев цепи) ближний порядок.самой интересной особенностью клубка (экспериментально наблюдаемой с помощью гидродинамических методов, при помощи рассеяния129света и рентгеновских лучей) является его крайнемалая плотность, большой объем и совершенноособая зависимость его размеров, радиуса и объема, от длины цепи.для выяснения этой особенности рассмотримпростейшую модель клубка, так называемую«свободно-сочлененную цепь» (рис.

9-7). Она состоит из звеньев-«палочек» (если цепь жесткая,такое «звено» может соответствовать несколькиммономерам полимерной цепи); главное, что каждая «палочка» может свободно, как угодно поРис. 9-7. свободноворачиваться в сочленении относительно своихсочлененная цепь —модель клубкасоседей по цепи. Пусть в цепи M «палочек», идлина каждой равна r.такую цепь можно описать как цепочку из векторов r1, r2, ..., rM (напомню: вектор — это отрезок прямой, имеющий направление). Эти векторыимеют одинаковую длину r, и каждый из них направлен от предыдущегосочленения к последующему.

сумма векторов(9.17)есть просто вектор, идущий от начала к концу цепи. квадрат длины этоговектора есть.(9.18)Найдем теперь среднюю величину h2, 〈h2〉, т. е. усредним h2 по всемвозможным тепловым флуктуациям конформации цепи (это усреднениеи означается значком 〈 〉). При этом мы должны учесть, что 〈ri2〉, среднийквадрат вектора ri, есть просто r2, а среднее произведение любых векторов 〈rirj〉 есть 0 при i ≠ j, так как, свободно вращаясь, эти векторы имеютодинаковую вероятность быть направленными как в одну, так и в разныестороны.Значит, средний квадрат расстояния между концами свободносочлененной цепи есть,(9.19)т.

е. линейные размеры (радиус и т. д.) клубка растут с ростом числа M звеньев в цепи как M1/2. Отсюда следует, что объем клубка пропорционаленM3/2, в то время как для всех «нормальных» (имеющих фиксированную130плотность) тел объем растет только как число частиц M, т. е. гораздо медленнее, чем M3/2. такая аномально сильная зависимость объема клубка отразмера цепи и есть самое характерное свойство клубка. Из него, в частности, вытекает крайне низкая плотность клубка, образованного длинными цепями, и, как следствие — практическое отсутствие контактов междудальними по цепи звеньями.добавление.

так как объем клубка порядка M3/2, а вероятность встречиконцов цепи обратно пропорциональна занимаемому клубком объему, товероятность такой встречи пропорциональна M–3/2. Это значит, что свободная энергия замыкания петли клубкообразной цепью растет с ее длинойкак kT (3/2)ln(M) [закон Флори]. Недостаточная реалистичность свободно-сочлененной модели в том,что она допускает, что в любом своем звене цепь может поворачиватьсяна любой угол, а это, вообще говоря, не так. Однако формулу (9.19) можнопереписать в более общем виде,〈h2〉 = Lr ,(9.20)где L = Mr — полная («контурная») длина цепи, пропорциональная числузвеньев в ней, а r — эффективное расстояние между «свободными сочленениями» цепи, т.

е. характерная длина, на которой цепь «забывает» освоем направлении (для справки: в полипептидной цепи эта характернаядлина — или, как говорят, «длина куновского сегмента» — составляет30–40 Å, если цепь не содержит ни слишком гибких глицинов, ни слишкомжестких пролинов, т.

е. куновский сегмент такой цепи содержит около 10аминокислотных остатков).Рис. 9-8. Поворотно-изомерная модель клубкаВ виде (9.20) формула, описывающая размер клубка, уже обретаетдостаточную общность и может применяться для описания реальных полимеров. При этом, если l — расстояние между «узлами» — точками, вкоторых происходит поворот цепи (т. е. длина валентной связи), а 〈cosα〉 —средний косинус угла поворота в узле (рис. 9-8), тоr = l (1 + 〈cosα〉) / (1 – 〈cosα〉) .(9.21)131Окончание табл.НазваниеВалинИзолейцинЛейцинМетионинФенилаланинтирозинЦистеинтриптофанЛекция 10свойства боковых групп аминокислотных остатков.

Включениеаминокислотных остатков во вторичную структуру. Аланин, глицин,пролин, валин. Неполярные, короткие полярные и длинные полярные боковые группы. Заряженные боковые группы. Гидрофобныеповерхности на вторичных структурах в белках.Обсудим теперь свойства боковых групп аминокислотных остатков.В особенности я хочу остановиться на том, какие именно структуры стабилизуют те или иные остатки.Аминокислотный остатокМол. вескод% в белкахпри pH73-букв.

1-букв.E.coli (дальтон)ValIleLeuMetPheTyrCysTrpVILMFYCW6484322199113113131147163103186∆Gвода→спиртбок. группыпри 25 0с(ккал/моль)–1,6–2,4–2,3–1,6–2,4–1,3–1,3–3,0Примечания. Все данные взяты из [3] — за исключением данных по гидрофобности (∆Gвода→спирт) боковых групп, которые взяты из J. L. Fauchére, V. Pliska, Eur. J. Med. Chem.-Chim. Ther. (1983) 18:369. Объем (в Å3), приходящийся на аминокислотный остаток в белке или в растворе, близок к его молекулярному весу (в дальтонах), умноженному на 1,3.

точнее, процентов на 5 больше, чем (мол. вес) × 1,3,если в остатке много алифатических (–сН2–, –сН3) групп, и процентов на 5 меньше, чем (мол. вес) × 1,3, если в остатке много полярных (О, N) атомов. список 20 «стандартных», т. е. кодируемых дНк-аминокислотныхостатков дан в табл. 10-1; там же дан их молекулярный вес и встречаемость в белках. структуры этих аминокислотных остатков представленына рис. 10-1.таблица 10-1.

Основные свойства аминокислотных остатковНазваниеГлицинАланинПролинГлутаминовая кислотаГлутаминАспарагиновая кислотаАспарагинсеринГистидинЛизинАргининтреонин132Аминокислотный остатокМол. вескод% в белкахпри pH73-букв. 1-букв.E.coli (дальтон)GlyAlaProGluGlnAspAsnSerHisLysArgThrGAPEQDNSHKRT8135≈6≈5≈5≈56175557719712812811411487137129157101∆Gвода→спиртбок.

группыпри 25 °с(ккал/моль)0,0–0,4–1,0+0,9+0,3+1,1+0,8+0,1–0,2+1,5+1,5–0,3Рис. 10-1. Боковые цепи двадцати стандартных аминокислотных остатков. справапоказаны входящие в аминокислоты атомы133Позже выяснилось, что дНк иногда кодирует еще одну «нестандартную», 21-ю аминокислоту: селеноцистеин, т. е. цистеин, где атом серы заменен на атом селена.

селеноцистеину соответствует кодон UGA матричной рНк, но не всегда (обычно UGA служит терминирующим кодоном),а только в окружении определенного нуклеотидного контекста. И трНк,заряженная селеноцистеином, опознает только такой кодон. рассмотрим теперь структурные тенденции аминокислотных остатков;они стали известными после многолетнего статистического исследованиябелковых структур. такие исследования отвечают на вопрос: «Что чащевсего бывает, а чего чаще всего не бывает?»для систематизации ответов полезной может быть следующая нижетабл. 10-2, куда я вписал, наряду со встречаемостью аминокислотныхостатков (А.к. ост.) в разных местах белков, такие свойства остатков, как:наличие NH-группы в главной цепи (ее нет только у иминокислоты пролина); наличие сβ-атома в боковой цепи (его нет только у глицина); числоне-водородных γ-атомов в боковой цепи; наличие и вид полярных группировок в боковой цепи (диполей или зарядов со знаком; жирным выделеното зарядовое состояние, что относится к «нормальному» рН7).таблица 10-2.

Основные структурные свойства аминокислотных остатковA.к. Наличие Число диполь/зарядост. NH Cβγгл.ц. б.гр. б.гр.GlyAlaProGluAspGlnAsnSerHisLysArgThrIleValLeuMetPheTyrCysTrp134++–+++++++++++++++++–+++++++++++++++++++111111111222111111pKCOOH ⇒ CO2–4,3COOH ⇒ CO2–3,9OCNH2OCNH2OHNH; и N ⇒ NH+ 6,5NH2 ⇒ NH3+10,5HNC(NH2)2+12,5OHЯркая тенденция быть:до- в спирали за- вввαN αN α αC αC β петлях ядре++++––++++–+––10,19,2–––––––+++++OH ⇒ O–SH ⇒ S–NH–––––––––+–+++––++++++++++–+++–––––+––+–––––++++++++Примечания.

то зарядовое состояние, что относится к «нейтральному» рН7,выделено жирным шрифтом в столбце «диполь/заряд»; рк – это то значение рН,при котором группа находится в заряженном или в незаряженном состоянии сравной вероятностью (см. рис.10-5 ниже). к «структурным свойствам» отнесенатенденция быть в α-спирали (α), и особо — в ее N- и с-концевых витках (αN, αC), атакже — непосредственно перед N- и за с-концом спирали (до-αN, за-αC); тенденциябыть в β-структуре (β); тенденция быть в нерегулярных структурах, т.

е. «петлях»(включая сюда и β-изгибы цепи); и, наконец, — тенденция быть в гидрофобномядре глобулы, а не на ее поверхности. «тенденция» определялась по концентрацииостатка в данной структуре, деленной на его среднюю концентрацию в глобулярных белках. тенденцию «быть» я отмечал значком «+», «не быть» — значком «–».разница между частотами встречаемости, помеченными значками «+» и «–», примерно двукратна. Более жирным значком отмечалась особо сильная тенденция.Попробуем понять основные закономерности этой таблицы, исходя изтого, что мы уже изучили.

Характеристики

Список файлов лекций