3.23. Конформационные переходы у пептидов

Различить ту или иную структуру белка (α, β или неупорядоченную) сложно. Равновесная конформация в белках обеспечивается взаимодействием боковых групп аминокислотных остатков друг с другом и с растворителем, а с другой стороны - водородными связями между пептидными группами. Роль водородных связей растет в неполярных растворителях и падает в сильнополярных. Сильнополярные растворители сами образуют водородные связи с CO и NH группами пептидных группировок. Если боковые группы заряжены одноименно, то упорядоченность исчезает, а если они не заряжены, то в зависимости от их взаимодействия друг с другом и с растворителем можно наблюдать α, β структуры и стат. клубок. При изменении температуры, рН, состава растворителя обнаруживаются конформационные переходы между этими тремя типами структур. Эти переходы кооперативны и происходят внутри каждой макромолекулы.

Полилизин в заряженном состоянии не образует регулярных структур (β–спиралей) и ведет себя как линейный полиэлектролит. При рН > 10,5 – разряжен и образует α-спираль, которая устойчива в воде при температуре ниже 20 ⁰С. При нагревании до 20⁰ – 35⁰С молекулы полилизина переходят в состояние статического клубка. При температуре выше 35⁰С наблюдается второй конформационный переход и возникают β-складчатые структуры.

При отливке пленок из растворов, содержащих белки, макромолекулы белков сохраняют ту конформацию, которую они имели в этом растворителе. Структура и упаковка в твердой фазе этих молекул определяется свойствами растворителя, из которого полимер выделяется при испарении жидкости.

3.24. Метод Линдерштрема и Ланга

Большинство методов дают суммарное число аминокислотных остатков в α-спиральных и β-структурных участках макромолекулы, а т.к их различить сложно, то используется понятие степени регулярности структуры белка. По скорости замены атомов водорода (Н) в NH-группах пептидной группировки на Н² или Н³ удобно определять степень регулярности структуры белка. Н¹ в NH-группах обменивается на дейтерий быстро, если полипептид имеет низкую молекулярную массу и если он неупорядочен, и наоборот.

Скорость обмена зависит от условий эксперимента. Переход от быстрого обмена к медленному – признак образования внутримолекулярных водородных связей.

В молекуле РНК-азы из 123 пептидных атомов водорода 70 обмениваются медленно, следовательно, степень регулярности равна 57%. Оказалось, что из этих 70 пептидных групп, стабилизированных водородными связями, 25 способны медленно обмениваться при 0⁰С, еще 25 – при 38⁰С и 20 не обмениваются до 60⁰С. При нагревании возле 60⁰С происходит разрыв водородных связей между пептидными группировками, α-спираль превращается в стат. клубок (денатурация).

3.25. Метод измерения удельного вращения плоскости поляризации света

Линейно поляризованную волну всегда можно разложить на две волны, поляризованные по кругу вправо и влево. Если в среде одна волна обгоняет другую, то плоскость поляризации падающей волны, или вектор напряженности электрического поля, поворачиваются на угол φ.

Оптическая активность – это результат кругового двулучепреломления, т.е. разных скоростей распространения света поляризованного по кругу влево и вправо.

[α]_D = ,

где [α]_D – удельная оптическая активность,

φ – угол вращения плоскости поляризации,

– толщина слоя вещества,

с – концентрация.

φ = , где n_l и n_D – показатели преломления.

[α]_D – зависит от природы оптически активного вещества и растворителя, температуры и длины волны.

Вследствие различия в поглощении правой и левой волн оптически активное вещество вблизи длины волны собственного поглощения не только поворачивает плоскость поляризации, но и превращает линейно поляризованное излучение в эллиптически поляризованное.

= (æ_L – æ_D) – мера эллиптичности.

æ– показатель поглощения света, поляризованного по кругу влево или вправо:

æ= ε , где ε- коэффициент молярной экстинкции (J= J₀e^-εcl).

Если вещество обладает круговым двулучепреломлением, то оно по-разному поглощает свет, поляризованный по кругу вправо или влево, т. е обладает круговым дихроизмом. Аминокислоты вращают плоскость поляризации влево. Но величина оптического вращения в полимерах состоит из двух величин: из отрицательной (это вклад всех асимметричных атомов углерода) и из положительной (это вклад α-спиралей как целого).

Для поли-γ-бензилглутамата Доти экспериментально определил, что [α]_D=-30⁰, если использовать растворитель, в котором поли-γ-бензилглутаматат не имеет водородных связей, и [α]_D=+18⁰ в хлороформе (малополярный растворитель) полная величина инкремента α-спирали равна 48⁰ (α-спираль является правой, т.к состоит из левых аминокислот).