Биофизическая химия. Том 2 - Кантон Ч.
Скачать (прямая ссылка):
преобразования изображения кристаллического образца в электронном
микроскопе.
Карта электронной плотности с разрешением, равным 4 А или еще лучшим,
дает такие подробные сведения о структуре молекулы, которые нельзя
получить ни одним другим методом и даже несколькими методами в
совокупности (исключая, конечно, такие близкие методы, как дифракция
электронов и нейтронов). При разрешении от 3 до 4 А можно определить
состав, длину и ориентацию участков вторичной структуры. Если известна
первичная структура, то при сопоставлении ее с картой электронной
плотности можно оценить пространственное расположение каждого отдельного
атома структуры. При разрешении 2 А карта электронной плотности настолько
подробна, что большая часть первичной структуры следует прямо из данных
рентгеноструктурного анализа.
РАЗМЕР И ФОРМА МАКРОМОЛЕКУЛ
187
Учитывая трудоемкость рентгеноструктурного анализа и необходимость
наличия объекта обязательно в виде кристалла, приходится признать, что
этот метод имеет смысл применять лишь для образцов, представляющих особый
интерес, которые к тому же должны достаточно легко кристаллизоваться.
Рентгеноструктурный анализ - самый информативный из методов исследования
структуры макромолекул. Он может рассматриваться как эталон, и с его
результатами полезно сравнивать результаты, полученные другими методами.
Рентгеноструктурный анализ не является непогрешимым методом, и он не
может дать ответ на все интересующие нас вопросы о каком-нибудь белке или
нуклеиновой кислоте, но других методов, способных дать столь подробные
сведения о структуре, пока не существует.
10.2. Гидродинамические методы исследования макромолекул
Размер и форма макромолекулы влияют на характер ее движения в растворе.
Само присутствие молекулы в растворе изменяет физические свойства
жидкости. В ряде методов этот факт используется для оценки молекулярной
массы и формы молекулы. Поскольку экспериментальные данные, получаемые с
помощью этих методов, содержат мало сведений об особенностях формы
макромолекулы, необходимо строить физически правдоподобные модели
молекул, которые удовлетворяли бы экспериментальным данным. Следует
отметить, что для измерений в изотропном растворе характерна
нечувствительность к молекулярной асимметрии, а разрешение
гидродинамических методов не позволяет выявлять сложные формы или
структурные особенности молекул. В определении свойств жидкости важную
роль играет взаимодействие макромолекулы с различными низкомолекулярными
веществами. Мы мало знаем о подобных взаимодействиях, и это, несомненно,
ограничивает полноту и точность получаемых данных о действительной
структуре макромолекул.
ОБЗОР МЕТОДОВ
Рассматриваемые методы можно разбить на несколько групп. В основе одних
методов лежит изучение поступательного движения. Причиной диффузии в
отсутствие внешней силы является броуновское движение. Диффузию вещества
определяют, измеряя поток макромолекул или флуктуацию их числа в малом
объеме. Для создания дополнительного поступательного движения могут быть
приложены внешние поля. Такими полями являются гравитационное поле в
случае простой седиментации, электрическое поле при электрофорезе, а
также центробежное ускорение при скоростной седиментации в
ультрацентрифуге.
Другие методы основаны на изучении вращательного движения. Вращательное
броуновское движение в отсутствие внешних полей можно исследовать методом
поляризованной флуоресценции. Спектры ЯМР и ЭПР также, как правило,
содержат информацию о вращательном движении. В данном случае внешнее
магнитное поле не оказывает значительного влияния на движение молекул.
При ориентации в потоке или электрическом поле нормальное изотропное
распределение макромолекул в растворе может изменяться. Вращательное
движение, восстанавливающее исходную ориентацию, исследуется с помощью
различных методов, в том числе двойного лучепреломления и дихроизма.
Вязкость является характеристикой суммарных свойств раствора. Она в
значительной степени определяется как вращательным, так и поступательным
движением больших молекул растворенного вещества.
Методы, рассматривающие флуктуации положения или ориентации молекул,
объединяют в третью группу. Эта группа методов основана на сопоставлении
различных рас-
188
ГЛАВА 10
пределений макромолекул (или фрагментов макромолекул) в окружающем их
растворителе. Светорассеяние, рассеяние рентгеновских лучей, а также
рассеяние нейтронов в основе своей сходные методы. Но информация,
получаемая каждым из них, различается по своему характеру, так как
измерения проводятся при разных длинах волн излучения или при облучении
разными частицами и, следовательно, законы рассеяния падающего пучка на
объект для них различаются.
ОБЪЕМ И ГИДРАТАЦИЯ МАКРОМОЛЕКУЛ
Молекулярный объем V отдельной молекулы может быть определен, если
известны молекулярная масса М и удельный объем чистого вещества УА:
V = MV&/N0 (10.5)
где N0 - число Авогадро. Удельный объем чистого вещества является
