Физические методы исследования белков и нуклеиновых кислот - Лазуркина Ю.С.
Скачать (прямая ссылка):
сагональная упаковка, межмолекулярные расстояния при этом характеризуют средний диаметр молекул.
Если волокно обладает высокой степенью кристалличности и его рентгенограммы содержат соответственно сравнительно много дифракционных максимумов, можно рассчитать функцию Паттерсона особого типа, характерную для структур с цилиндрической симметрией. Расчет подобной функции для ДНК позволил выявить двуспиральный тип структуры, а также расстояние между фосфатными группами в молекуле [75]. Можно также, используя изоморфные производные, рассчитать зиаки структурных амплитуд для ряда рефлексов и попытаться построить усредненную, в соответствии с цилиндрической симметрией объекта, функцию распределения электронной плотности.
Так, например, для вируса табачной мозаики построили проекцию распределения электронной плотности вдоль длинной оси вирусной частицы при слабом разрешении. При этом обнаружили внутреннюю полую область частицы радиусом 20 А и показали, что нуклеиновая кислота расположена на расстоянии 40 А от центральной оси [76].
Последняя группа рентгенографических данных, накладывающих ограничения на молекулярные модели,— это относительные интенсивности отдельных дифракционных максимумов. Они зависят от координат атомов. Общее соответствие, определяемое, например, типом спирали, должно быть подкреплено соответствием относительных интенсивностей рефлексов на слоевых линиях для экспериментальных и расчетных данных, полученных для конкретной модели.
Иногда изучение особенностей упаковки цепных молекул биополимеров является предметом специального исследования. Основная информация об этой упаковке может быть получена на основе анализа распределения интенсивности на экваторе рентгенограммы. Рассчитывая при помощи специальных формул так называемую функцию распределения радиальной плотности, можно определить среднее число ближайших соседей молекулы, которое и характеризует тип упаковки. Такие исследования были проведены для некоторых кератинов [77].
Наконец, снимая рентгенограммы волокон, находящихся в различных условиях (например, при различной влажности, температуре и пр.), можно наблюдать за изменениями их структуры. Иногда эти изменения сводятся к увеличению или уменьшению межмолекулярных расстояний, иногда меняется степень упорядоченности структуры, в ряде случаев удается наблюдать структурные превращения. Например, ДНК может существовать в разных структурных модификациях (Л, В, С), которые реализуются для разных солей при различных степенях влажности [78, 79]. Такие исследования полезны при изучении влияния раз-пых факторов на структуру волокон биополимеров.
д. Модели конфигурации цепных молекул биополимеров
Как уже указывалось, несмотря на ограниченность экспериментальных данных, получаемых из рентгенограмм волокон биополимеров, для них однозначно или почти однозначно удается найти модель структуры молекул. Это объясняется прежде всего тем, что основная цепь полипептидов и полинуклеотидов состоит из жестких однородных единиц, имеющих вполне определенную структуру. В то же время законы сочленения этих единиц оставляют не слишком много вариантов для выбора моделей. Поясним это на примере: остов полипептидной цепи состоит из плоских пептидных групп, поворот цепи возможен только в точках с и-углеродным атомом; существуют несколько благоприятных взаимных ориентаций двух соседних пептидных групп. Остов полинуклеотидной цепи содержит жесткие сахарные кольца, изгиб цепи осуществляется лишь в точках с С атомом фосфатносахарных групп. Таким образом, при построении моделей молекул биополимеров мы встречаемся с более благоприятной ситуацией, чем, скажем, при изучении каучука, мономерная единица которого может иметь целый набор разных конфигураций.
Финальный результат построения моделей — определение координат атомов основного, периолически повторяющегося мотива молекулы, в цилиндрической системе связанной с осью молекулы. Иногда удается найти упаковку молекул в ячейках и определить координаты атомов в системе, связанной с ячейкой, однако в этом не всегда есть необходимость, так как многие биополимеры — паракристаллы.
Так как периодически повторяющийся мотив цепной молекулы содержит всего лишь одно или несколько мономерных звеньев (иногда лишь остова цепи), число определяемых неизвестных (координат атомов) невелико. Таким образом, изучение структуры волокон принципиально отличается от исследования структуры молекулярных кристаллов, для которых число искомых параметров, характеризующих положение всех атомов молекулы, измеряется тысячами.
Отправные данные, используемые при построении моделей, параметры, полученные из рентгенограмм: диаметр молекулы, период идентичности вдоль оси, тип спирали, величина ее витка и число групп в обороте. Очень важный параметр — ориентация водородных связей в структуре. Информацию об ориентации водородных связей в волокнах дают поляризованные спектры поглощения в инфракрасной области.
При построении моделей в первую очередь учитывают, какие ограничения на структуру молекул накладывают определенные стереохимические параметры. Эти ограничения предусматривают сохранение определенных значений межатомных расстояний, валентных углов, параметров водородных связей и вандер-
