- •Оглавление
- •Глава 1. Введение ……………………………………………………………………...
- •Глава 2. Физика макромолекул …………………………………………………………
- •Глава 3. Физика белка …………………………………………………………………...
- •Глава 4. Физика ферментов ……………………………………………………………..
- •Глава 5. Физика нуклеиновых кислот ………………………………………………….
- •Глава 6. Регуляция генной активности …………………………………………………
- •Предисловие
- •1.1. Физика и биология
- •Глава 1. Введение.
- •1. На атомно-молекулярном уровне с одной стороны,
- •2. И как целостных систем с другой.
- •1.2. Молекулярная биофизика и её задачи
- •1.3. Методы, используемые в молекулярной биофизике
- •Глава 2. Физика макромолекул.
- •2.1. Элементы стереохимии и поворотно-изомерная теория макромолекул
- •Изотактический полистирол Синдиотактический полистирол
- •Начала термодинамики
- •2.2. Внутреннее вращение и поворотная изомерия
- •2.3. Конформационная теория макромолекул
- •2.4. Поворотно-изомерная теория макромолекул
- •2.5. Объемные взаимодействия и переходы глобула-клубок в полимерных макромолекулах
- •Клубок и глобула
- •Переходы клубок-глобула
- •Замечания к разделу
- •2.6. Упругость полимерной цепи с исключенным объемом
- •2.7. Осмотическое давление полимерного раствора
- •2.8. Статистика линейных полимеров
- •Фракционирование полимеров
- •Глава 3. Физика белка.
- •3.1. Общая характеристика белков
- •3.2. Функции белков
- •3.3. Аминокислоты
- •3.4. Первичная структура
- •3.5. Вторичная структура
- •3.6. Третичная структура
- •3.7. Четвертичная структура
- •3.8. Физико-химические свойства белков
- •3.9. Простые и сложные белки
- •3.10. Химические реакции пептидов
- •3.11. Кислотно-основные свойства белков
- •3.12. Осаждение белков в виде солей
- •3.13. Растворимость белков
- •3.14. Растворы высокомолекулярных соединений
- •3.15. Влияние растворителя на растворимость белка
- •3.16. Влияние температуры на растворимость белка
- •3.17. Осмос и мембранное равновесие белков
- •3.18.Термодинамическое сродство полимера и растворителя
- •3.19. Диффузия
- •3.20. Характеристическая вязкость
- •3.21. Седиментация
- •3.22. Электрофоретическая подвижность
- •3.23. Конформационные переходы у пептидов
- •3.24. Метод Линдерштрема и Ланга
- •3.25. Метод измерения удельного вращения плоскости поляризации света
- •3.26. Поглощение света
- •3.27. Спектроскопия в инфракрасной области
- •3.28. Дисперсия оптической активности
- •3.29. Переходы “спираль-клубок”
- •3.30. Денатурация глобулярных белков
- •3.31. Метод Тенфорда определения разности свободной энергии денатурированного и нативного белка по денатурации в растворе мочевины
- •3.32. Калориметрические измерения денатурационных изменений в белках
- •Миоглобин
- •Гемоглобин
- •Транспорт газов
- •Гуморальный иммунитет гаммаглобулины
- •Классы иммуноглобулинов
- •Синтез иммуноглобулинов
- •Строение толстых и тонких нитей мышечного волокна
- •Элементарный акт мышечного сокращения
- •Рабочий цикл актомиозинового комплекса
- •Кооперативная и "индивидуальная трудовая деятельность" миозина
- •Глава 4. Физика ферментов.
- •4.1. Общая характеристика действия ферментов (определения)
- •4.2. Химическая кинетика и катализ
- •Катализ
- •4.3. Кинетика простых ферментативных реакций
- •4.4. Химические аспекты действия ферментов
- •4.5. Конформационные свойства ферментов
- •4.6. Физика фермент-субстратного взаимодействия
- •4.7. Электронно-конформационные взаимодействия
- •4.8. Ферментативная активность лизоцима
- •Глава 5. Физика нуклеиновых кислот.
- •5.1. Основная характеристика
- •5.2. Первичная структура
- •5.3. Состав днк
- •5.4. Состав рнк
- •5.5. Вторичная структура нуклеиновых кислот
- •5.6. Природа межнуклеотидных связей
- •5.7. Межнуклеотидная связь в днк
- •5.8. Конформационный анализ днк
- •5.9. Необычные структуры днк
- •5.10. Физические модели днк
- •5.11. Третичная структура днк
- •5.12. Межнуклеотидная связь в рнк
- •5.13. Макромолекулярная структура тРнк
- •5.14. Физико-химические свойства днк
- •Вязкость
- •Оптические свойства
- •5.15. Денатурация и ренатурация
- •5.16. Кинетика расплетания двойной спирали
- •5.17. Термодинамика плавления двойной спирали (переходов спираль - клубок)
- •5.18. Процессинг днк и рнк
- •5.19. Репликация
- •5.20. Транскрипция
- •5.21. Синтез белка
- •Глава 6. Регуляция генной активности.
- •6.1. Генетический код
- •6.2. Транспортные рнк и супрессия
- •6.3. Регуляция активности генов
- •Приложение жидкокристаллические формы нуклеиновых кислот
- •Конденсированное состояние высокомолекулярных двухцепочечных днк
- •Жидкокристаллическое состояние низкомолекулярных двухцепочечных днк
- •Жидкокристаллические дисперсии двухцепочечных днк
- •Жидкокристаллическое состояние днк в биологических системах
- •Практическое применение частиц жидкокристаллических дисперсий днк
- •Первые молекулярные моторы на основе днк
- •Новый метод хранения днк
- •Первый самособираемый нанотранзистор на днк основе
- •Жидкая форма днк
- •Сверхпроводимость днк
- •Рекомендуемая литература
Элементарный акт мышечного сокращения
Молекулы миозина и актина, взаимодействуя друг с другом, образуют актомиозиновый комплекс, в котором и разыгрываются основные события, приводящие к созданию силы, вызывающей сокращение мышцы. В покоящейся мышце миозиновые мостики не проявляют ATP-азной активности, поскольку тропомиозин и белки тропонинового комплекса препятствуют взаимодействию головок миозина с нитью актина. Активация актомиозинового комплекса инициируется ионами Ca2+. Концентрация ионов Ca2+ в цитоплазме клеток покоящейся (расслабленной) мышцы понижена (< 0,1 мкМ). Это обусловлено работой кальциевого насоса саркоплазматического ретикулума, который использует энергию молекул АТР для перекачивания ионов Ca2+ из цитоплазмы в специальные цистерны. Под действием нервного импульса ионы Ca2+ выходят из кальциевых цистерн и связываются с TnC, регуляторным белком тропонинового комплекса. В результате этого запускается цепь конформационных превращений остальных белков тропонинового комплекса, что в конечном итоге вызывает изменение положения тропомиозина относительно нити F-актина. Таким образом, благодаря последовательным структурным перестройкам белков тонкой нити (тропонин-тропомиозин-актин), инициированным повышением концентрации ионов Ca2+, головка миозина приобретает возможность связываться с актином.
Тянущая сила, которая вызывает движение молекул миозина вдоль нитей актина, возникает за счет структурных изменений, происходящих в каталитическом центре миозина после гидролиза молекулы AТP. Работа миозина напоминает функционирование механического устройства, в котором головка и шейка миозинового мостика играют роль своеобразного рычага, позволяющего существенно увеличить амплитуду смещения миозинового хвоста. Этот рычаг одним из своих концов опирается на актиновую нить, другой конец рычага соединен с хвостом молекулы миозина (рис. 3). После гидролиза АТР и диссоциации Pi и ADP из каталитического центра в головке миозина происходят структурные перестройки, в результате которых зацепленная за нить актина головка миозина поворачивается, увлекая за собой хвост миозина (см. рис. 3). Так возникает сила, вызывающая скольжение толстых нитей миозина вдоль нитей актина.
Структурные перестройки, которые происходят в каталитическом центре фрагмента S1, характеризуются сравнительно небольшими смещениями атомов в активном центре. Однако эти изменения вызывают значительное перемещение хвоста миозина (3-5 нм для миозина скелетных мышц). Это происходит в результате того, что рычаг, передающий смещение от каталитического центра к хвосту миозина, имеет неравные плечи - точка опоры рычага находится существенно ближе к активному центру моторного фрагмента S1, чем конец шейки миозинового мостика, соединяющийся с хвостом миозиновой нити (см. рис. 3). Интересно, что у молекул миозина, принадлежащих различным классам, амплитуда смещения хвоста за один рабочий шаг может заметно отличаться. Это определяется тем, что длина рычага у разных форм миозина неодинакова (рис. 2,в). Так, например, у молекул миозина V, выполняющего функции транспортного белка, шейка в несколько раз длиннее, чем у миозина скелетных мышц (миозина II). Поворот головки миозина V приводит к смещению хвоста на расстояние 20 нм, что приблизительно в пять раз больше рабочего шага миозина скелетных мышц.
