Biopolymers

Nói ngắn gọn, các mô hình nguyên tử chiếm chỗ nhẹ, giá rẻ, chính xác và phù hợp đặc biệt cho việc xây dựng các đại phân tử có liên quan đến sinh học sẽ được cung cấp đến cộng đồng khoa học. Việc cung cấp các mô hình này, các Mô hình Corey‐Pauling‐Koltun, hay còn gọi là Mô hình C‐P‐K, sẽ kết thúc một chương trình kéo dài năm năm, trong đó có sự hợp tác của các cơ quan Liên bang, các hội khoa học và những nhà khoa học được chọn lọc. Bài báo này mô tả sự phát triển của chương trình, chi tiết những đóng góp của các nhóm và cá nhân khác nhau đã tham gia, và thảo luận về các đặc điểm kỹ thuật của các mô hình.

Chúng tôi đã tiến hành đo sự thay đổi hóa học NMR carbon-13 của các axit amin phổ biến trong dung dịch D₂O của các tetrapeptit tuyến tính H‐Gly‐Gly‐X‐L‐Ala‐OH. Đối với Asp, Glu, Lys, Tyr và His, chúng tôi cũng thu được các sự thay đổi do độ ion hóa của các chuỗi bên của axit amin. Những dữ liệu này được so sánh với các sự thay đổi hóa học carbon-13 tương ứng trong các tetrapeptit đã được bảo vệ CF₃CO‐Gly‐Gly‐X‐L‐Ala‐OCH₃, các pentapeptit tuyến tính H‐Gly‐Gly‐X‐Gly‐Gly‐OH, và các axit amin tự do. Trên cơ sở này, chúng tôi thảo luận về việc lựa chọn các sự thay đổi hóa học carbon-13 “cuộn ngẫu nhiên” thích hợp cho các nghiên cứu về cấu hình chuỗi polypeptit.

Cyclotide là một họ protein phòng thủ thực vật nhỏ có dạng vòng từ đầu đến đuôi. Ngoài việc có xương sống vòng, cyclotide bao gồm ba liên kết disulfide có một cấu trúc nút thắt, tạo ra một cấu trúc được gia cố chéo cao, cung cấp sự ổn định hóa học và proteolytic đặc biệt. Nhiều hoạt tính sinh học đã được liên kết với cyclotide, bao gồm tính độc hại với côn trùng, kháng khuẩn, kháng virus và độc tế bào, và những hoạt động này có liên quan đến khả năng nhắm mục tiêu và làm gián đoạn các màng sinh học. Kalata B2 và một phần ít hơn là kalata B1, được tách chiết từ Oldenlandia affinis, tự kết hợp thành tetramer và octamer trong các đệm nước, và sự oligomer hóa này được gợi ý là có liên quan đến khả năng của chúng trong việc tạo thành lỗ ở màng. Ở đây chúng tôi chứng minh bằng phân tích phổ NMR dung dịch rằng sự oligomer hóa của kalata B2 phụ thuộc vào nồng độ và liên quan đến việc đóng gói các dư lượng kỵ nước thường được lộ ra trên bề mặt của kalata B2 vào một lõi kỵ nước đa phân tử. Thú vị là, bề mặt kỵ nước đã được "qiến" có trước đây đã được chỉ ra là chịu trách nhiệm cho khả năng của kalata B2 trong việc chèn vào các màng. Do đó, dường như không có khả năng rằng các oligomer được quan sát trong dung dịch nước liên quan đến bất kỳ trạng thái đa phân tử nào có mặt trong môi trường màng, và chịu trách nhiệm cho việc hình thành lỗ. Khả năng tự liên kết có thể cung cấp một cơ chế để ngăn chặn độc tính tự phát khi được bảo quản ở nồng độ cao trong các khoang tế bào nội bào. © 2013 Wiley Periodicals, Inc. Biopolymers (Pept Sci) 100: 453–460, 2013.

Dữ liệu cộng hưởng từ hạt nhân và điện môi về collagen được hydrat hóa được giải thích dựa trên mô hình hydrat hóa của Ramachandran. Kết quả cho thấy tất cả dữ liệu đều tương thích với mô hình này, chỉ ra rằng có hai vị trí gắn kết cụ thể cho mỗi ba amino acid trong chuỗi xoắn ba của collagen. Dữ liệu hấp phụ đã được giải thích theo lý thuyết lớp đa của Guggenheim và được sử dụng để suy ra tỷ lệ nước gắn kết ở các vị trí chính. Từ các độ nhiễu cộng hưởng từ, có thể suy ra các chi tiết cấu trúc về vị trí của các phân tử nước dưới giả định rằng cả hai vị trí đều được chiếm giữ bằng nhau. Thời gian cư trú của một phân tử nước tại một trong những vị trí này trong collagen hydrat hóa vừa phải (45 g H₂O/100 g collagen) là 1.2 × 10⁻⁶ giây. Phần còn lại của nước có liên kết yếu và bao gồm các loại vật chất trao đổi nhanh chóng với thời gian tương quan quay ngắn hơn 10⁻¹⁰ giây. Các vị trí này chiếm 50% vào thời điểm có hàm lượng nước là 10 g/100 g collagen và có thể đóng góp đáng kể vào độ ổn định của chuỗi xoắn ba collagen.

Các phép tính ab initio đã được sử dụng để tính toán giá trị pKa và các tính chất tautomer của một loạt các pyrazolopyridine đã thay thế. Kết quả cho thấy tautomer trung tính 1H chiếm ưu thế, nhưng khi proton hóa, proton này sẽ di chuyển để tạo thành tautomer tích điện ưa thích [2H,7H]. Tính bazơ của các pyrazolopyridine có mối liên hệ với khả năng cho điện của nhóm thay thế ở vị trí 4. Các phép tính năng lượng tự do ab initio cũng đã được sử dụng để xác định các yếu tố quyết định độ chặt chẽ của liên kết đối với một số chất ức chế pyrazolopyridine CDK2 được công bố gần đây. Cường độ liên kết hydro có thể là một thành phần quan trọng của độ mạnh liên kết. © 2005 Wiley Periodicals Inc. Biopolymers (Pept Sci), 2005

Optical rotatory dispersion measurements were used to follow the transition from the helical to the random coil conformation of poly‐β‐benzyl‐L‐aspartate as induced by changes in temperature and solvent composition in mixtures of dioxane and dimethylsulfoxide. Within experimental error, there is no difference in the stability of the helical state as measured in this way for the protonated and deuterated forms of the polypeptide. This result is considered in terms of previous attempts to study the isotope effect on conformational transitions of helical biological macromolecules and polypeptides. The conclusion is drawn that the apparent changes in conformational stability observed in these previous systems arise from alteration of the properties of the solvent. Speculations are advanced regarding the contribution of the interpeptide bond to the stability of the helical state.

The nuclear magnetic spin‐lattice and transverse relaxation processes for the ¹H and ²D nuclei in purified elastin (ligamentum nuchae), exchanged and hydrated with excess D₂O, have been studied in the temperature range 276°–340°K. The ²D relaxation results clearly show the presence of D²O (1) external to the bulk elastin sample, (2) in spaces within the bulk elastin, and (3) as an integral part of the protein on a molecular level. It is shown from these measurements that the protein on a molecular level. It is shown from these measurements that the water content of the protein itself changes from ∼0.8 g D₂O/g dry elastin at ∼280°K to ∼0.2 g D₂O/g dry elastin at ∼335°K, a decrease of 400%. The D₂O content of the interfiber spaces decreases by less than 20% over the same temperature range. This fact throws considerable doubt on the validity of the values of β, the thermal expansion coefficient of elastin, used by other workers in discussion of the elastic mechanism in elastin. The elastin proton transverse relaxation shows the presence of three regions in elastin having different degrees of molecular mobility. These are assigned to protons associated with the crosslinks, a fairly mobile, hydrophobic, and low‐water‐content region, and a more mobile higher water‐content region. The temperature variation of the relative proportions of these three regions is explained in terms of a hypothetical temperature‐composition phase diagram in which the two mobile regions are represented as two partially miscible phases with different negative temperature coefficients of ‘solubility’ in water. The implications of these observations for current views of the nature of elastin are assessed. It is concluded that the spin‐relaxation results are consistent with a multiphase structural model for elastin.

An approximate sorption isotherm for the water/elastin system is reported and shows the relatively weak nature of the water/elastin interaction.

Đường cong ổn định của một protein được định nghĩa là đồ thị biểu diễn năng lượng tự do của quá trình mất cấu trúc dưới tác động của nhiệt độ. Đối với hầu hết các protein, sự thay đổi về khả năng nhiệt của quá trình denaturation, hoặc mất cấu trúc, là lớn nhưng gần như không đổi. Khi quá trình mất cấu trúc là một quá trình hai trạng thái, hầu hết các đặc điểm nổi bật của đường cong ổn định của protein có thể được rút ra từ thực tế này. Một số mối quan hệ đã được xác lập, bao gồm các đặc điểm đặc biệt của quá trình denaturation ở nhiệt độ thấp, các thuộc tính của cực đại trong sự ổn định, và các mối liên hệ giữa các nhiệt độ đặc trưng của protein. Bài báo kết thúc với một công thức cho phép tính toán các thay đổi nhỏ trong năng lượng tự do ổn định từ các thay đổi về nhiệt độ nóng chảy của protein.

Trong bài báo này, chúng tôi xây dựng các dạng tổng quát của các phương trình cần thiết để trích xuất dữ liệu nhiệt động lực học từ các đường cong chuyển tiếp ở trạng thái cân bằng trên các axit nucleic oligomeric và polymeric với tính phân tử bất kỳ. Đáng chú ý, vì các phương trình và giao thức là tổng quát, chúng cũng có thể được sử dụng để đặc trưng cho các quá trình cân bằng nhiệt động lực học trong các hệ thống khác ngoài axit nucleic. Chúng tôi sẽ tóm tắt cách thức các dạng giảm thiểu của các phương trình tổng quát đã được nhiều nhà nghiên cứu sử dụng để đánh giá các chuyển tiếp đơn phân tử và đôi phân tử, và sau đó giải thích làm thế nào những phương trình này có thể được tổng quát hóa để tính toán các tham số nhiệt động lực học từ những quan sát thực nghiệm phổ biến cho các chuyển tiếp có tính phân tử cao hơn. Chúng tôi nhấn mạnh các điểm mạnh và điểm yếu của từng phương pháp phân tích dữ liệu để các nhà nghiên cứu có thể chọn phương pháp phù hợp nhất cho hoàn cảnh thực nghiệm của họ. Chúng tôi cũng mô tả cách phân tích các đường cong nhiệt lượng riêng và các đường cong nóng chảy phân biệt không nhiệt lượng nhằm trích xuất cả dữ liệu nhiệt động lực học độc lập với mô hình và phụ thuộc vào mô hình cho các chuyển tiếp với bất kỳ tính phân tử nào. Các phương trình tổng quát và phương pháp phân tích được mô tả trong bài báo này sẽ đặc biệt hữu ích cho các phòng thí nghiệm hiện đang nghiên cứu các quá trình liên kết và phân ly trong axit nucleic có phân tử học lớn hơn hai.

Bài báo này trình bày bằng chứng cho sự tồn tại của một mối quan hệ tuyến tính cụ thể giữa sự thay đổi entropy và sự thay đổi enthalpy trong một loạt các quá trình của các chất tan nhỏ trong dung dịch nước. Các quá trình bao gồm sự hòa tan của ion và không điện ly, thủy phân, oxi hóa-khử, ion hóa của các chất điện ly yếu và sự làm nguội phát quang indole, v.v. Giá trị của hằng số tỉ lệ, được gọi là nhiệt độ bù đắp, nằm trong một phạm vi tương đối hẹp, từ khoảng 250 đến 315 °K cho tất cả những quá trình này. Hành vi như vậy có thể là hậu quả của sai số thực nghiệm nhưng đối với một số quá trình, độ chính xác của dữ liệu đủ để cho thấy rằng mẫu bù đắp enthalpy-entropy là có thật. Người ta tạm thời kết luận rằng mẫu này là có thật, rất phổ biến và là hậu quả của các tính chất của nước lỏng như một dung môi mà không phụ thuộc vào các chất tan và các quá trình của chất tan được nghiên cứu. Do đó, hiện tượng này yêu cầu các phân tích lý thuyết về các quá trình của chất tan trong nước cần được mở rộng bằng cách bao gồm một cách điều trị cụ thể về đặc điểm của nước chịu trách nhiệm cho hành vi bù đắp. Các cơ sở khả dĩ của hiệu ứng này được đề xuất là sự thay đổi nhiệt dung không phụ thuộc vào nhiệt độ và/hoặc sự thay đổi trong nồng độ của hai loài nước quan trọng về mặt hiện tượng học. Mối quan hệ của các lựa chọn này với quá trình hai trạng thái của nước mà được gợi ý bởi các nghiên cứu quang phổ và thư giãn được xem xét. Sự tồn tại của một mối quan hệ tương tự và có thể là giống hệt nhau giữa sự thay đổi enthalpy và entropy trong nhiều phản ứng protein cho thấy rằng nước lỏng đóng vai trò trực tiếp trong nhiều quá trình của protein và có thể là một tham gia phổ biến trong chức năng sinh lý của protein. Người ta đề xuất rằng mối quan hệ tuyến tính giữa enthalpy và entropy được sử dụng như một bài kiểm tra chẩn đoán cho sự tham gia của nước trong các quá trình của protein. Dựa trên điều này, các quá trình xúc tác của chymotrypsin và acetylcholinesterase bị chi phối bởi các tính chất của nước đại diện. Sự liên kết của oxy bởi hemoglobin có thể nằm trong cùng một danh mục. Sự tương đồng và khác biệt trong hành vi của các quá trình chất tan nhỏ và protein được xem xét để chỉ ra cách chúng có thể liên quan đến nhau. Không có kết luận tích cực nào được thiết lập, nhưng có thể rằng các quá trình protein được kết nối với nước thông qua sự mở rộng và co lại của protein và rằng nhìn chung, mẫu đặc biệt của bù đắp enthalpy-entropy là một hệ quả của các tính chất của nước, mà yêu cầu rằng sự mở rộng và co lại của các chất tan tác động đến sự thay đổi trong thể tích tự do của nước lỏng gần đó. Người ta cho thấy rằng các protein có thể được mong đợi sẽ phản ứng với sự thay đổi của nước gần đó và năng lượng tự do giao diện bằng cách mở rộng và co lại. Những phản ứng như vậy có thể giải thích nhiều đặc điểm hiện chưa được giải thích của các dung dịch protein. Một cách tổng quát hơn, mẫu bù đắp enthalpy-entropy dường như là biểu hiện nhiệt động lực học của “làm cấu trúc” và “phá vỡ cấu trúc”, các thuật ngữ được định nghĩa hoạt động mà thường được sử dụng trong các thảo luận về dung dịch nước. Nếu vậy, mẫu bù đắp là phổ quát và yêu cầu xem xét lại một khối lượng lớn các giải thích phân tử được xuất phát từ các nghiên cứu định lượng về các quá trình trong nước. Các lý thuyết về các quá trình trong nước có thể cần được mở rộng để thu hút khía cạnh này của hành vi của nước.