Поведение - белок
Cтраница 2
Для понимания механизма такого фракционирования надо вспомнить, что на поверхности белка имеется мозаика гидрофильных и гидрофобных участков, образуемых остатками соответствующих аминокислот. Поведение белка в целом определяется соотношением площадей участков, образующих эту мозаику. Фракционируемые здесь белки гидрофобны в том смысле, что они растворимы в 80 % - ном растворе пропанола, но это отнюдь не означает, что их растворимость в пропаноле выше, чем в воде. Те гидрофобные белки, которые фракционируются снижающимся градиентом концентрации пропанола, предпочитают связываться с гидрофильным сорбентом ( условие протекания хромато-графического процесса) и лишь понемногу выходят в водно-органп-ческую подвижную фазу. [16]
У подвергнутых облучению растворов кислоты, кроме падения вязкости в ходе облучения, обнаруживается дальнейшее снижение вязкости после прекращения облучения. Это явление напоминает поведение белков ( стр. Тейлор, Гринстейн и Холлендер [124] нашли, что в растворе дезоксирибонуклеиновой кислоты, подвергнутом облучению дозой 56 000 р, происходит дальнейшее снижение вязкости даже через несколько часов после прекращения облучения. В необлученном контрольном растворе кислоты наблюдалось вполне определенное, но значительно меньшее снижение вязкости. [17]
В непочечное очищение крови и гемооксигенация при экстракорпоральном кровообращении являются, как можно убедиться, сложной комплексной проблемой. К числу таких задач относятся: клиническое изучение эффективности и отдаленных последствий гемодиализа и оксигенации крови; влияние экстракорпорального кровообращения на поведение форменных элементов крови, изучение поведения белков и липидов организма и изменения физико-химического состава крови [161], подвергнутой диализу и оксигенации; определение метаболитов, подлежащих выведению, и метаболизма; создание атромбо-генных поверхностей; синтез полимеров и разработка полимерных материалов, контактирующих с кровью [162], разработка на их основе полупроницаемых мембран; создание конструкций аппаратов для экстракорпорального кровообращения; технология производства и, наконец, промышленное производство и клиническое использование аппаратов экстракорпорального кровообращения. [18]
Физико-химические исследования белков проводились в самых различных направлениях, но из них наибольшее значение для эволюции проблемы строения белков имели только три: изучение диффузионных и седиментационных свойств белков; исследования поведения белков в монослое и анализ явлений денатурации и свертывания белков в растворах. [19]
Применение методов математического моделирования при изучении процессов обмена белков плазмы представляет собой одну из важнейших особенностей исследования указанных процессов. Оценка кинетических характеристик процесса обмена производится в соответствии с заранее выбранной моделью процесса, являющейся формальным выражением связей в изучаемом процессе. Второй особенностью исследований обмена белков плазмы является то, что эти исследования проводятся на основе наблюдений за поведением белка, меченного изотопами 7 или J Несмотря на разнообразие моделей процесса обмена белков, при их построении используется общая идея условного разделения организма на ряд отделов, между которыми наблюдается транспорт метаболитов. Специфические особенности экспериментов с иодированными белками определяют ограниченность информации, на основе которой производится оценка кинетических характеристик процесса. Естественно, что точность полученных оценок существенно зависит от того, насколько точно модель процесса отображает сам процесс. [20]
Например, в полиакриловой кислоте ионы водорода одинаково прочно связаны с каждой карбоксильной группой. При ионизации макромолекулы появившийся отрицательный заряд препятствует отщеплению ионов водорода от другой карбонильной группы, и, таким образом, кислотность каждой недиссоциированной карбоксильной группы ниже, чем для уже отщепившей протон. В этой ситуации каждая карбоксильная группа обладает определенным эффективным значением р / С, более высоким, чем р / С мономерной акриловой кислоты. Сильнощелочные или сильнокислые среды также оказывают мощное воздействие на поведение белков. В этих условиях кислые или основные группы макромолекулы ионизируются в такой степени, что а-спираль переходит в разупорядоченный клубок. Этот процесс также называется денатурацией белка. Денатурированный белок утрачивает свои специфические функции ( например, фермент становится неактивным), его растворимость в воде уменьшается и происходит коагуляция. [21]
Молекулы белков строятся из соединяющихся друг с другом аминокислот. Соединение происходит в результате образования так называемой пептидной связи. Возникшая белковая молекула затем свертывается и принимает свойственную ей форму благодаря образованию четырех других видов связей - ионных, дисульфидных, водородных связей и гидрофобных взаимодействий. Знакомство с природой этих связей необходимо для понимания структуры и поведения белков. [23]
История исследований белков, по сравнению с другими классами природных соединений, наиболее богата событиями и открытиями, поскольку эти вещества вездесущи в живой природе, очень многообразны и наиболее сложны по структуре. Кроме того, их сложность и большие молекулярные размеры сочетаются с низкой устойчивостью и трудностью индивидуального выделения. Но к настоящему времени многие барьеры на этом пути преодолены. Достаточно быстро и надежно хроматографически определяется аминокислотный состав белков и последовательность их соединения между собой; рентгеноструктурный анализ позволяет установить пространственную структуру тех белковых молекул, которые удается получить в виде кристаллов; различными вариантами метода ЯМР успешно исследуется поведение белков в растворах, в процессах комплексообразования, т.е. в ситуации, близкой к той, которая имеет место в живой клетке. В настоящее время принято различать четыре структурных уровня в архитектуре белковых молекул: первичная вторичная третичная и четвертичная структуры белков. [24]
Взаимодействия ионов металлов с белками, естественно, отличаются от взаимодействий ионов металлов с аминокислотами и пептидами, поскольку в белках группы a - NH2 и a - СООН длинных тюлипептидных цепей разделены ковалентными связями ряда расположенных между ними остатков. Эти взаимодействия отличаются также из-за влияния конформационного состояния пептидной цепи, в результате которого потенциальное место присоединения может блокироваться, а удаленная боковая цепь может оказаться в подходящем месте для образования хелатного кольца. Примерами подходящего расположения боковой цепи лиганда, делающего возможным образование прочного хелата со специфическим ионом металла, могут служить металлопротеины и метал-лоферменты, в которых сильное взаимодействие между металлом и белком играет решающую и специфическую биологическую роль. Металлопротеины и металлоферменты будут рассмотрены в последующих главах. В этой главе в основном будет обсуждено поведение белков in vitro в присутствии ионов металлов, с которыми они не обязательно реагируют в природе. Биологическая функция двойных и других описанных здесь комплексов - металлов с белками не известна, за исключением комплексов ио а меди ( II) с альбумином и ионов цинка с инсулином, для которых было постулировано участие в транспорте и хранении соответственно. [25]
Удаленные друг от друга по цепи аминокислотные остатки оказываются пространственно сближенными в глобуле и образуют активный центр молекулы фермента или антитела. Сочетание фиксированного строения глобулы в целом с локальной подвижностью участков цепи обеспечивает динамическое поведение белковых молекул, ответственное за их биологические свойства. Функция белка - фермента является химической, иными словами, фермент организует перестройку электронных оболочек соответствующих субстратов. Вследствие электронно-конформационных взаимодействий такая перестройка происходит в результате конформа-ционных превращений белка. Различные кофакторы, среди которых важная роль принадлежит системам с сопряженными л-связями, принимают непосредственное участие в ЭКВ и, тем самым, регулируют поведение белка. [26]
Адсорбция белков и других биологических полимеров чрезвычайно сложна, поскольку в ней участвуют водородные связи с группами ОН, NH или СО, ионные связи через четвертичные аммониевые ионы, присутствующие в некоторых разновидностях белков, и в особенности связи гидрофобной природы, возникающие между сегментами протеиновых цепей и зависящие от их конфигурации. Данная тема, вызывает постоянное внимание вот уже в течение более четверти века. По-видимому, такая величина адсорбции является правдоподобной, если рассматривать протеиновую цепь в форме спирали. Те же авторы [4416] исследовали поведение белков и аминов с длинными целями, получаемых в виде мономолекулярных пленок на поверхности раздела фаз воздух-вода, когда ниже этой поверхности вводилась кремневая кислота. Белки более прочно связывались при их изоэлектрической точке; такое связывание может происходить между органическими катионными группами молекулы и заряженными участками на поверхности кремнезема и, кроме того, путем образования водородных связей. [27]
Несмотря на то, что теория Леба построена на предположении, весьма мало вероятном и против которого особенно возражает Паули, она не находится в противоречии с опытом. Прежде всего лебовские представления не имеют общего характера, а касаются механизма явлений, имеющих место в совершенно конкретном случае - в случае наличия электролитов в системе. Это значит, что теория Леба не касается вопроса о набухании белка в изоэлектрической точке. Кроме того, эта теория трактует проблему гидратации не узко и не связывает ее с электрическим зарядом. Это является безусловным ее преимуществом перед теорией Паули, которая претендует на общность. Если прибавить к этому, что не существует другой теории, с помощью которой пытались бы математически удовлетворительно объяснить поведение белков в присутствии электролитов, то станет ясным все значение этой теории и в настоящее время. [28]
Страницы: 1 2