Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
Z в
Рис. 5. Объёмные модели ДНК в В- и Z-формах (жирной линией обозначен сахарофосфатный остов).
Полисахариды являются П. б., построенными из мо-носахаридных остатков. Примерами линейных гомополисахаридов являются амилоза {составная часть крахмала) и целлюлоза {осн. часть древесины). Мономером амилозы и целлюлозы является глюкоза. Др. пример линейного гомополнсахарида — хитии, из к-ро-го построены панцнрн насекомых. Мономерным звеном линейного полисахарида может быть и дисахарид. Первичная структура полисахарида, как правило, регулярна, но существуют полисахариды с нерегулярной последовательностью разл. мономерных звеньев. Помимо линейных существуют полисахариды с разветвлённой первичной структурой. Линейные полисахариды образуют жёсткие вторичные структуры {одно-, двух- и трёх-нитевые спирали). Более высокие структуры могут быть как волокнистыми, так и гелеобразными. Если однородность полисахаридной це пн нарушена встраиванием др. сахаридов илн ветвлениями, полисахариды могут образовывать гибкие волокна или гели. Полисахариды могут образовывать комплексы с белками и липидами, онн придают жёсткость и прочность стенкам, клеток растений и бактерий. Стенкн животной клетки ие обладают этнмн св-вамн и содержат в клеточной мембране лишь нек-рое кол-во олигосахаридов {коротких полисахаридов), связанных с белками, т. и. глнко-протендов.
Исследование структуры и свойств П. б. производят разл. физ. и фнз.-хим. методами. Сюда относятся рент-геноструктурный аналнз и электронная микроскопия, методы ЯМP и ЭПР, диффузное рассеяние рентг. лучей,, оптич. методы (исследование спектров поглощения, оптич. активности, люминесценции и др.), микро-калориметрия, гидродннамич. методы, хроматография, электрофорез, полярография и др. Изучение фотохим. и раднац.-хим. изменений в П. б. служит для исследования нх структуры и для исследования механизма действия УФ- н ионизирующего излучений на эти объекты. П. б. являются диэлектриками и полнэлектролитамн, поэтому важны измерения диэлект-
рич. поляризации и потерь в широком диапазоне частот. Особый интерес представляет исследование кон-формац. превращений П. б. в растворе, с этой целью используют спектрофотометрию в УФ-области и измерения кругового дихроизма. В полипептидах прн образовании из беспорядочного клубка упорядоченной спиральной структуры в области длин волн ~ 190 нм наблюдается сильный гипохромный эффект (уменьшение поглощения), пригодный для определения степени спи-ральности. Ароматические аминокислотные остатки имеют полосы поглощения в области ~280 нм, изменяющиеся при изменении окружения (неполярного на полярное), что позволяет судить о расположении н контактах этих остатков в молекуле белка. Межплоскостные взаимодействия в HK обусловливает гипохромный эффект в области ~260 им. Соответственно при разрушении двойной спирали (переходе спираль — клубок) наблюдается увеличение поглощения на 40%. Прирост поглощения пропорционален доле нуклеотидов, перешедших из упорядоченной спиральной структуры в неупорядоченный клубок. П. б. обладают оптич. активностью, свойственной всем аминокислотам (кроме глицина) и, соответственно, полипептидам и белкам. Наиб, информативны измерения кругового дихроизма, к-рын зависит от конформации полимера. На рис. 6 приведены кри-
Рис. 6. Спектры кругового дихроизма ДНК в В- и Z-формах.
вые кругового дихроизма для ДНК в В- и Z-фор-мах.
Переходы спираль — клубок в П. б. Полипептидные цепи, образующие в определ. условиях упорядоченные спиральные структуры, при изменении внеш. условий переходят в состояние неупорядоченного клубка. Эти конформац. переходы наиб, детально изучены на син-тетич. гомогенных полипептидах. Переход а-спираль — клубок носит кооперативный характер н характеризуется сравнительно узиим интервалом перехода. Koone-ратпвность перехода обусловлена невыгодностью освобождения нз спиральной структуры (плавления) коротких участков, т. к. при этом затрачивается значит, энергия на разрыв водородных связей, а выигрыш в энтропии за счёт появления подвижности пептидных звеньев мал. При плавлении длинных участков спирали возможна компенсация энергетнч. затрат. Процесс денатурации белков при изменении внеш. условии включает в себя и переход спираль — клубок, но обычно процесс является многостадийным. Отд. стадии могут носить кооперативный характер. Изучение промежуточных стадий и кинетики прямого и обратного процессов (ренатурации) является источником сведений о самоорганизации высших структур белковых глобул. Двойная спираль ДНК может разрушаться при изменении виеш. условий, молекула при этом переходит в состояние одного или двух беспорядочных илубков (прн полном разделении нитей). Этот переход, также наз. переходом спираль — клубок или внутримолекулярным плавлением, изучен энспернментально н теоретически для В-формы ДНК. Переход спираль — клубок рассматривают на основе одномерной Иаинга модели.
В рамках модели объясняются все наблюдаемые на опыте закономерности перехода в ДНК. Переход спираль — клубок в ДНК аналогичен фазовому переходу 1-го рода, но не является истинным фазовым переходом, т. к. молекулу можно рассматривать как одномерную систему. Интервал перехода (напр., интервал темп-p перехода) конечен. В этом интервале молекула разбивается на чередующиеся спиральные и илубкообразные участки. Т. к. локальное нли полное разделение нитей двойной спирали ДНК происходит при мн. генетич. процессах в клетие, причём в этом процессе участвуют др. молекулы, взаимодействующие с ДНК, теория перехода спираль — клубок, включающая вопрос о влиянии др. молекул («теорию скрепок»), важна для понимания механизма функционирования ДНК.
