Физика белковых молекул (150,00 руб.)

Стр.4

Стр.5

Стр.6

Стр.7

УДК 577.3 ББК 28.071 Ф 598 Интернет-магазин http://shop.rcd.ru • ф и з и к а • м а т е м а т и к а • б и о л о г и я • н е ф т е г а з о в ы е т е х н о л о г и и Финкельштейн А. В. Физика белковых молекул. — М.–Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2014. — 424 с. Предлагаемая книга обобщает результаты фундаментальных исследований и — в частности — исследований ее авторов по проблемам биофизики белков. Она охватывает разнообразные аспекты физики белковых молекул: от классификации и принципов устройства пространственных структур белков (мембранных, фибриллярных и, в особенности, лучше всего изученных водорастворимых глобулярных белков) — до принципов функционирования белков и устройства их активных центров; от элементарных взаимодействий в белках и их (белков) взаимодействия со средой — до конформационных переходов в белках, полипептидах и синтетических полимерах. Большое внимание уделено самоорганизации белков (как и in vivo, так и, в особенности, in vitro), интермедиатам (типа открытой О. Б. Птицыным и его сотрудниками «расплавленной глобулы») и ядрам сворачивания белков, а также белковой инженерии и дизайну и принципам кодирования структуры белка его аминокислотной последовательностью. Книга предназначена для широкого круга студентов, аспирантов и научных сотрудников — биологов, медиков, биохимиков, биофизиков. ISBN 978-5-4344-0193-7 ББК 28.071 © А. В. Финкельштейн, 2014 © АНО «Ижевский институт компьютерных исследований», 2014 http://shop.rcd.ru http://ics.org.ru

Стр.4

Оглавление Предисловие, благодарности и предварительные замечания ................. 9 ГЛАВА 1. Введение ........................................................................................... 11 ГЛАВА 2. Аминокислотные остатки и полипептидные цепи .................. 25 Аминокислотные остатки .................................................................... 25 Валентные связи и атомы ..................................................................... 26 Карты Рамачандрана ............................................................................. 34 ГЛАВА 3. Вторичные структуры полипептидных цепей ......................... 41 Строение вторичных структур ............................................................. 41 Флуктуирующий клубок ...................................................................... 48 Экспериментальное наблюдение вторичных структур ..................... 50 Аминокислотные остатки и вторичные структуры ............................ 52 Термодинамика образования α- и β-структур из клубка................... 57 Кинетика образования α- и β-структур из клубка ............................. 63 ГЛАВА 4. Фибриллярные белки ................................................................... 75 α- и β-структурные фибриллярные белки .......................................... 75 Коллаген ................................................................................................ 79 «Ошибочное» сворачивание фибриллярных белков, амилоиды и болезни ............................................................................................ 82 ГЛАВА 5. Мембранные белки ........................................................................ 87 Устройство и работа мембранных белков .......................................... 87 Туннельные переходы .......................................................................... 96 ГЛАВА 6. Водорастворимые глобулярные белки .................................... 101 β-структурные глобулярные белки ................................................... 105 α-структурные глобулярные белки ................................................... 115 Глобулярные белки типа α/β и α+β .................................................. 122 Правовинтовой ход перемычек, соединяющих β-участки .............. 127 ГЛАВА 7. Типичные структуры глобулярных белков и квазислучайные аминокислотные последовательности ............... 131 Классификация мотивов укладки белковых цепей .......................... 131 Видим ли мы эволюцию структур белков? ....................................... 134 «Типовые мотивы» и «дефекты» укладки белковых цепей ........... 137 Типовые структуры и «случайные» аминокислотные последовательности ....................................................................... 148

Стр.5

4 ОГЛАВЛЕНИЕ Квази-больцмановская статистика дефектов белковых архитектур ........................................................................................ 152 Глобулярные белки возникли как «отобранные» случайные полипептиды? .................................................................................. 164 ГЛАВА 8. Денатурации и самоорганизации белков: структурные и термодинамические аспекты .............................................................. 169 Нативно-неупорядоченные белки...................................................... 169 Кооперативные переходы при денатурации белков ........................ 170 Как выглядит денатурированный белок? .......................................... 177 Расплавленная глобула ....................................................................... 181 Переход «глобула–клубок» в обычных гомополимерах ................. 183 Почему денатурация белка происходит как переход «всё или ничего»? ........................................................................................... 187 Различия в плавлении «отобранного» гетерополимера (с энергетической щелью) и «случайного» гетерополимера ...... 193 ГЛАВА 9. Кинетические аспекты денатурации и самоорганизации белков ............................................................................................................. 203 Образование структуры белка in vivo ................................................ 203 Самоорганизация структуры белка in vitro ....................................... 205 Механизмы, помогающие образованию структуры белка in vivo .. 207 Загадочность спонтанной самоорганизации белков. Парадокс Левинталя ........................................................................ 210 Стадии и интермедиаты в самоорганизации белков ........................ 211 Одностадийное сворачивание небольших белков ........................... 214 Ядро сворачивания нативной структуры белка ............................... 222 ГЛАВА 10. Теория самоорганизации глобулярных белков ................... 233 ГЛАВА 11. Предсказание и дизайн белковых структур ......................... 255 Предсказание структур белков по их аминокислотным последовательностям ...................................................................... 255 Белковая инженерия ........................................................................... 268 Конструирование белковых молекул ................................................ 272 ГЛАВА 12. Физические основы функционирования белков ................ 281 Функция белка и его структура ......................................................... 281 Ферменты — белки, катализирующие биохимические реакции .... 288 Сочетание ферментативных функций ............................................... 298 Относительная независимость структуры белка от его элементарной ферментативной активности .................................. 299 Сопряжение элементарных функций белка и гибкость его структуры. Индуцированное соответствие и подвижность доменов белка .................................................................................. 302

Стр.6

ОГЛАВЛЕНИЕ 5 Аллостерия — взаимодействие активных центров .......................... 308 Механохимические функции белков ................................................. 311 Приложения .................................................................................................. 325 А. Электростатические взаимодействия в водном окружении .................. 325 Заряды в неоднородной среде ............................................................ 327 Заряды в корпускулярной среде ........................................................ 330 Измерение электрических полей в белках при помощи белковой инженерии ....................................................................... 333 Дополнительные замечания ............................................................... 335 Б. Водородные связи...................................................................................... 339 Водородные связи белковой цепи в водном окружении ................. 344 В. Дисульфидные и координационные связи .............................................. 349 Г. Гидрофобные взаимодействия ................................................................ 353 Элементы термодинамики ................................................................. 353 Гидрофобность: феноменология ....................................................... 355 Физический смысл гидрофобного эффекта ...................................... 359 Доступная воде поверхность молекул и их гидрофобность ........... 362 Д. Ван-дер-ваальсовы взаимодействия: отталкивание и притяжение атомов .......................................................................................................... 369 Е. Конформационные превращения: термодинамика и статистическая физика ......................................................................................................... 375 Не-фазовые и фазовые переходы ....................................................... 380 Ж. Конформационные превращения: кинетика .......................................... 385 З. «Свободный пробег» и диффузия ............................................................ 391 И. Теория переходов «спираль–клубок» в гомополимерах ....................... 395 К. Модель случайных энергий ...................................................................... 399 «Энергетическая щель» в модели случайных энергий .................... 401 Л. Теория переходов «глобула–клубок» в гомополимерах ........................ 405 М. Математический аппарат статистической физики одномерных систем и динамическое программирование ............................................. 411 Одномерные системы: статистическая физика и поиск энергетического минимума ....................................................................... 411 Динамическое программирование и поиск оптимального выравнивания последовательностей .................................................. 415 Предметный указатель ............................................................................... 417

Стр.7