Самоорганизация материи и эволюция биологических макромолекул - Эйген М.
Скачать (прямая ссылка):
Абсолютные значения этих параметров «активации» позволяют совершенно непосредственно определить длину нуклеации. Если бы образование первой пары оснований лимитировало скорость1, то энергия активации (для процесса столкновения) была бы положительной. Поскольку мы знаем, что первая пара нестабильна (o\S < 1 означает, что пара диссоциирует быстрее, чем образуется), следует ожидать наличия барьера нуклеации. Если этот барьер представляет собой только первую пару, т. е. если реакция «застегивания молнии» начинает распространяться, как только образуется стабильное ядро, состоящее из двух пар, то константа скорости должна иметь следующий вид: kR = oxsk!2, где k\2 — константа скорости (первого порядка) образования второй пары (следующей за первой). Так как инкремент энергии активации для ki2 должен быть положительным и as имеет почти нулевой инкремент АН, а OiS включает в лучшем случае малое отрицательное значение АН, то полная кажущаяся энергия активации должна быть близка к нулю, но не к экспериментально
1 Наблюдаются только те процессы, которые ведут к полным спиралям с максимальным числом пар оснований.
наблюдаемому значению 10 ккал/моль (например, для олигомеров АУ). Это относительно большое отрицательное значение совместимо только с выражением kR = os2k23, описывающим процесс, в котором стадией, лимитирующей скорость, является образование третьей пары (&2з)- Таким образом, для последовательностей АУ стабильное ядро представляют собой спаренные триплеты оснований. Тогда константа скорости распространения (&23) будет равна примерно 107— 108 с-1 в согласии с наблюдаемыми временами релаксации с^1 мкс для конфигураций с разомкнутыми концами. Олигомеры ГЦ при комнатной температуре могут образовывать стабильные «двухпарные ядра», так как их константы стабильности значительно выше. Их константы- рекомбинации дают положительные энергии активации, чего и следует ожидать, учитывая большие значения энергетических параметров (по сравнению с АУ). В кривых плавления они «маскируются» параметрами стопочного взаимодействия одиночных цепей (которые тоже выше).
Эти результаты подтверждаются независимыми определениями констант скорости диссоциации. Вследствие микроскопической обратимости
ко = -^2 (так как kRlkD = asv). (IV. 26)
Поскольку в знаменателе стоит sv~2, энергии активации положительны и включают в себя большой инкремент (v — 2) A Hs.
Ожидаемые значения и соответствующее уменьшение абсолютных значений kD с увеличением длины цепи (по порядку величины) наблюдаются в действительности.
IV. 3.3. Выводы об узнавании. В табл. 13 собраны данные, полученные из равновесных и кинетических исследований, выполненных на олиго- и полирибонукле-отидах. Самое интересное явление — это предпочтение, отдаваемое триплету, причем не только по логически очевидным причинам (т. е. из-за того, что это дает возможность кодировать более чем 20 символов), а скорее вследствие механистических совпадений. Кодоны, состоящие из менее чем трех букв, были бы очень нестабильны
(во всяком случае для А и У). Кодоны, состоящие из более чем трех букв, особенно в случае Г ,и Ц, были бы слишком «липкими». Время жизни пары кодон — антикодон не должно превышать несколько миллисекунд, чтобы создать возможность для оптимальной адаптации ферментов с соответствующими числами оборотов. Тот же тип оптимизации — компромисс между стабильностью и скоростью — всегда находят в случае фермент -
Таблица 14
Средние равновесные и кинетические параметры кооперативного спаривания оснований, полученные из релаксационных исследований с олигорибонуклеотидами (с длиной цепи от 3 до 18) в водной среде *)
Коопера в, Af"1 S ДЯ 2), kR, А И(кц). ft 23 или
тивная ккал/моль М-1 с-1 ккал/моль k\%* с
пара
...А ... ~1СГ3 10 -11 106 -9 ю7
...У ...
...Г ... ~кг3 От 100 -15 10е от +5 ю7
... ц... до 200 до +7
1) Данные экстраполированы к 0°С и относятся к pH 7 и ионной силе 0,05 М (какодилат натрия) для АУ-пар и 0,1 М (фосфатный буфер, pH 7,2) для ГЦ-пар. Измерения Д. Пёршке [72, 73, 82, 91] и С. Поддера [76].
*) Экстраполировано к одиночным цепям без стопочного взаимодействия (реально измеренные значения, относящиеся к одиночным цепям со стопочным взаимодействием, значительно ниже)-.
Зам ечание. Для констант скорости и равновесия даны только порядки величин, поскольку, точные значения зависят от специальных сочетаний пар (кооперативность) и от условий опыта (ионная сила и т. д.).
Времена жизни для различных областей можно оценить, пользуясь значениями 62з (или ki2) и s (или asN соответственно).
Данные табл. 13 относятся в основном к спариванию в антикодоне, но включают, возможно, и другие открытые области. Эти значения выше, чем в табл. 14, вероятно, из-за стерической стабилизации петли антикодона. Следовательно, значения а из этих данных экстраполировать нельзя. Ошибочное спаривание внутри области, в которой основания спарены, должно дать более низкие константы стабильности (находящиеся «на уровне шумов»), чем те, которые можно получить, пользуясь константами для ошибочного спаривания на концах (см. табл. 13).
