ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 13.07.2024
Просмотров: 126
Скачиваний: 0
Оптически активные полимеры |
93 |
позволяют полностью разрешить эти полосы, особенно ниже 190 нм. Усовершенствованная теория предлагает более сложные уравнения, чем первоначальное уравне ние Моффита, однако последнее удовлетворительно опи сывает хпроптическое поведение а-спирали, что подтвер ждается поляриметрическими измерениями [17—21]. При изучении К Д поли-ь-глутаминовой кислоты [554—557] было обнаружено, что а-спираль обладает сложной кри вой с эффектом Коттона при 220 нм, отвечающим п-*л*- переходу амидного хромофора, и при 200 нм, обуслов ленным it —*я*-переходом (разд. 4.1). Такое наблюдение
согласуется |
с упомянутым выше исследованием, соглас |
но которому |
простой переход амидного хромофора дол |
жен проявляться в виде двойной полосы вследствие на личия этого хромофора в спиральной структуре. Когда
полипептид |
или |
белок |
денатурируются, |
их |
сложная |
|
структура |
разрушается, |
и |
тогда наблюдается |
только |
||
слабый п —>л*-максимум |
К Д |
и простой я —>• л*-переход. |
||||
Следовательно, |
характерная |
кривая К Д , |
типичная для |
а-спирали, позволяет легко измерять хиральность в бел ках.
Необходимо |
отметить, что сходные сложные |
кривые |
|||||||||
К Д |
наблюдались |
для некоторых простых |
амидов, подоб |
||||||||
ных |
метилпирролидону |
[590]. Это |
указывает |
на |
то, |
что |
|||||
S-тип кривой |
К Д |
необязательно |
связан |
со |
спиральной |
||||||
структурой |
хромофора. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Тщательное |
изучение |
различных |
белков |
позволило |
|||||||
установить присутствие р-формы в |
некоторых |
из |
них |
||||||||
[591]. В этой |
форме хромофоры не распределяются в про |
||||||||||
странстве по спирали, а локализуются |
в плоскости. Кри |
||||||||||
вые |
К Д таких |
белков т а к ж е имеют |
5-форму, |
но вели |
|||||||
чины эффектов |
Коттона |
меньше, |
чем |
в случае белков с |
|||||||
а-спиральной конформацией. Например, |
Д О В |
и К Д |
фи- |
||||||||
тохрома в PR- |
и Р/гл-формах были сняты в области от |
||||||||||
200 |
до 500 |
нм. |
Спектр К Д ниже |
240 |
нм |
весьма |
напоми |
нает спектр р-спирали. Если считать, что белок пред ставляет собой смесь а-спирали и неупорядоченной фор мы, то эллиптичность при 220 нм будет соответствовать количеству а-спирали, составляющему 14% [592].
Конформационное изучение нуклеопротеинов пред ставляет большие трудности, чем изучение простых
94 |
Глава 5 |
белков, так как сама нуклеиновая кислота является оп тически активной [594, 601—604]. Оптическая активность нуклеиновых кислот возникает из-за диссимметрии боль шого числа пентозных остатков и упорядоченной конфор мации полинуклеотидноп цепи. Несмотря на сложность хироптических свойств нуклеиновых кислот, они позво ляют различить простые и сложные спирали и показы вают, что рН и температура являются важными факто рами, влияющими на конформацию.
Изучены хироптические свойства, обусловленные ак тивными днсульфидными хромофорами (разд. 2.21), а т а к ж е К Д некоторых специфичных белков, таких, как миоглобин, гемоглобин, инсулин, рибонуклеаза, сыворо точный альбумин и лизоцим [433, 563, 587, 593, 594]. Кроме того, хироптические методы использованы для того, чтобы получить данные о структуре нуклеогистонов, о стабилизации рибонуклеиновых кислот природ ными или синтетическими полиоснованиями, а т а к ж е о действии мочевины и додецилсульфата натрия на струк туру яичного альбумина. Недавние исследования пока зывают, что в глобулярных белках эффекты Коттона часто имеют значительную величину и наблюдаются вблизи УФ-полос поглощения тирозина и триптофана. Исследование оптической активности триптофана, тиро зина и производных фенилаланина, в частности, в связи с изучением рибонуклеазы показало наличие значитель ного эффекта Коттона, обусловленного полосой погло щения шести тирозиновых остатков. Сделана попытка систематического анализа этих эффектов [595]. Р я д про стых производных, исследованных в растворителях, за мерзающих при температуре жидкого азота, обнаружи вают тонкую структуру как УФ-, так и КД-полос, что делает возможным анализ их колебательной структуры. Фенольный хромофор имеет два перехода в близкой уль трафиолетовой области. Исследованы соответствующие колебательные прогрессии, одна сильная и одна слабая . И х положение очень чувствительно к природе раствори теля, и поэтому следовало ожидать, что в рибонуклеазе, которая имеет три защищенных и три незащищенных ти розиновых звена, будут прогрессии, возникающие из обоих типов звеньев, если оба они обладают повышен-
Оптически активные полимеры |
95 |
ной оптической активностью. При низкой температуре, когда появляется тонкая структура, можно различить полосы, представляющие первые члены трех прогрессий, две из внутренних и одну из внешних, искаженных рас творителем остатков. Кроме того, очевиден большой дисульфидный вклад в длинноволновой области. Таким об разом, принципиально можно отличить не только тиро
зин |
от триптофана, |
но и внутренние остатки от внешних, |
а т |
а к ж е появляется |
возможность наблюдения за строе |
нием в окружении индивидуальных ароматических остат ков в глобулярных белках [595].
Оптические свойства поли - l - тирозина существенно
отличны от оптических свойств простых |
полипептидов. |
|||
Сравнение вычисленных и |
экспериментально наблюдае |
|||
мых |
кривых |
К Д показывает, что поли - l- тирозин обра |
||
зует |
правую |
спираль [85]. |
|
|
Сообщается о некоторых |
применениях |
хироптических |
методов при исследовании изменений в строении моле кулы. Белки, содержащие сопряженные системы, напри мер гем, обладают сложным эффектом Коттона в об ласти поглощения простетических групп. Описаны эф фекты Коттона цитохрома С 3 из трех родственных суль- фат-восстаиавливающих бактерий [596]. Несмотря на
низкий молекулярный вес, эти белки |
несут по |
три груп |
пы гема каждый . Они имеют очень |
большие |
эффекты |
Коттона, свидетельствующие о том, что, несмотря на зна чительные различия в аминокислотном составе, эти три белка довольно сходны в части, окружающей гем. При кислотной денатурации происходит резкое уменьшение эффектов Коттона, что можно использовать для преци зионного исследования процесса денатурации.
Опубликованы работы, посвященные исследованию Д О В и К Д различных мембран и мембранных систем [597, 598]. Из-за макроскопической природы этих образо ваний интерпретация спектров оказалась затруднитель ной. Изучение эффектов дифференциального рассеива ния поляризованных по кругу вправо и влево лучей света показало, что их можно в принципе объяснить искажен
ной формой пептидных эффектов Коттона, |
наблюдаемых |
|
в таких системах |
[597, 598]. Однако, несмотря на это ос |
|
ложнение, иногда |
удается извлечь полезную |
информацию |
96 Глава 5
из данных по изучению КД мембран. Например, было обнаружено, что пептидные эффекты Коттона и, следо вательно, конформация белка не изменяются при обработке фосфолипазой, приводящей к выделению боль шей части фосфолипида [599]. Кроме того, ферментация сопровождается появлением ряда резонансных полос в
спектрах |
Я М Р , несвойственных незатронутым |
реакцией |
мембранам и соответствующих спектрам Я М Р |
экстраги |
|
рованных |
липидов в растворах. Наоборот, при |
нагрева |
нии мембран происходит разложение белковой струк туры, сопровождающееся изменением в КД. Это вызы
вает |
появление |
в спектре |
Я М Р |
картины, характерной |
для |
развернутых |
белковых |
цепей, |
а не резонансных по |
лос метилена жирных кислот липидных цепей, которые, очевидно, остаются в основном неизменными. Таким об разом, оказывается, что распад белков и липидов — это независимые и разные процессы. Следовательно, можно сделать вывод, что белки непосредственно связаны лишь с небольшой частью фосфолнпидов, которые не разру шаются фосфолипазой и распределяются в липидном двухслойном матрнксе [599].
Методы Д О В и К Д использованы т а к ж е для изуче ния полос поглощения с переносом заряда, обусловлен ных внутри- и межмолекулярными электронодонорноэлектроноакцепторными комплексами в хиральыых мо лекулах [600].
Добавление оптически неактивных красителей к спи ральным полипептидам приводит к появлению эффектов
Коттона |
в видимой области. Система краситель — поли |
|
мерные |
аддукты |
обладает индуцированными эффектами |
Коттона, |
которые |
обусловлены ориентированным взаи |
модействием молекулы красителя с макромолекулярной спиралью [17, 19—21] и исчезают при разрушении спи ральной структуры в результате изменения рН [605—613]. Такие индуцированные эффекты Коттона наблюдают в системах: Д Н К — акридиноранж, Р Н К — профлавин, Д Н К — а м и н о а к р и д и н , амилоза с различными красите лями [607—613].
Появилось интересное сообщение, описывающее эф фект Коттона оптически неактивного ароматического амина, добавленного к Р Н К или Д Н К [614]. Молекула
|
Оптически активные |
полимеры |
|
97 |
о б н а р у ж и в а ет положительный |
максимум |
К Д |
около |
|
360 |
нм при добавлении к Р Н К и |
отрицательный |
макси |
|
мум |
при добавлении к Д Н К . Эти |
свойства |
напоминают |
хироптические характеристики переходов с переносом заряда, наблюдаемых у меж- и внутримолекулярных
электронодонорно-электроноакцепторных |
|
комплексов |
|||||
аминокислот |
(разд. 2.12 и гл. 6) |
и пептидов |
[600]. Изуче |
||||
ние таких свойств может явиться потенциальным |
мето |
||||||
дом изучения строения спирали. |
|
|
|
|
|
||
Измерение |
К Д |
показывает, что диэтиламид |
лизерги- |
||||
новон кислоты ( Л С Д ) непосредственно |
взаимодействует |
||||||
с очищенной Д Н К , |
выделенной |
из тимуса теленка, |
веро |
||||
ятно, вызывая |
конформационные |
изменения |
в Д Н К |
[615]. |
|||
Изучение К Д |
наряду с дифракцией рентгеновских лучей |
||||||
показывает, |
что |
поли-с?-(/-С) - поли - бф - С), |
необычная |
||||
Д Н К с двойной спиралью, существует |
в новой |
полину- |
клеотидной конфигурации спирали восьмого порядка,
возможно, |
левого |
направления |
[616]. |
|
|
М я г к а я |
обработка различных белков диазотирован - |
||||
ной /г-арсаниловой кислотой, |
видоизменяющей только |
||||
часть от общего |
количества |
потенциально |
реакционно- |
||
способных |
остатков, приводит |
к образованию |
азопротеи- |
||
нов, |
обладающих |
полосой К Д |
около 300 нм [617]. Мето |
||
дом |
К Д изучены |
т а к ж е специфические комплексы оли- |
горибонуклеотидов [618]. Кроме того, в ряде недавних сообщений рассматриваются другие интересные аспекты изучения биополимеров [619—631].
Поскольку жизненные процессы во многом зависят от электронного взаимодействия между органическими мо лекулами и ионами металлов, все попытки подробнее изучить эти переходы и разобраться в стереохимии лигандов, таких, как полипептиды и нуклеиновые кислоты, представляют большой интерес для развития науки.
5 2. СИНТЕТИЧЕСКИЕ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ ПОЛИМЕРЫ
Исследованы хироптические свойства (главным обра зом, Д О В ) некоторых полиуглеводородов, полиалкениловых эфиров, полиакриловых производных и полиальде гидов [258, 632—640]. Б ы л о показано, что существует
4 Зак. 705
98 |
Глава 5 |
корр е л я ц ия между знаком эффектов Коттона и спираль ной конформацией поли-а-олефинов [632—640]. Интерес ные, но не совсем понятные оптические явления наблю дались в случае полиакрилатов, полилактидов и др. Д л я таких соединений были отмечены аномалии на кривых Д О В , тогда как в случае низкомолекулярных эфнров и лактонов такие аномалии отсутствуют.
Так как оптическая активность пропорциональна со д е р ж а н и ю асимметрического мономера, то при анализе сополимеров из оптически неактивных и активных моно меров можно определить соотношение реакционной спо собности мономеров [641—643]. Как и в случае биополи меров, по хироптическим свойствам оптически активных синтетических полимеров можно определить их скорости изомеризации, рацемизации и денатурации.
С помощью Д О В и К Д можно исследовать механизм действия комплексных катализаторов при условии, что они содержат асимметрические группы [644]. Этими ме тодами т а к ж е можно исследовать стереохимическнй ме ханизм роста цепи [645—647]. Недавно описан факт изме нения знака вращения оптически активного полипропиленоксида в различных растворителях. Обсуждение этого явления с точки зрения диэлектрической теории раство ров приводит к выводу, что в таких случаях форма кри вых Д О В полимеров не может быть связана с их кон формацией [648]. Так как высокостереорегулярные поли меры получаются сравнительно редко, одной из главных задач при изучении синтетических полимеров является определение их химического строения. И только тогда, когда структурные вопросы разрешены, для изучения стереохимии можно использовать оптические методы. Синтетические высокополимеры остаются, однако, об
ластью, в которой методы |
Д О В |
и К Д будут иметь |
боль |
шое значение в будущем, |
так |
как хироптические |
свой |
ства помогут выяснить конформационные вопросы, на ко торые нелегко ответить с помощью других физических методов.
Г Л А В А 6
Комплексы металлов
Большинство оптически активных соединений являют ся органическими соединениями. Однако оптическая активность не является характерной чертой диссиметрических веществ, содержащих углерод, серу, азот или фос фор. Эффект Коттона наблюдается т а к ж е для молекул, обладающих более высокой степенью симметрии [21]. На пример, тр«с-[диокситетрамминкобальт(1П)]-кобальт(1П)- гексанитрат является оптически активным. Бидентатный лиганд 53, обозначенный в виде А—А, образует октаэдрический комплекс 54. Символами А обозначены груп пы ОН, образующие шесть мостиков между центральным и тремя координированными атомами Со [21].
6+
н о
Большое |
число |
оптически активных |
неорганических |
|||
соединений |
является в действительности |
металлооргани- |
||||
ческими |
соединениями, |
электронный |
характер |
кото |
||
рых существенно отличается от классических |
орга |
|||||
нических |
молекул |
[576]. В |
отличие от многих активных |
органических молекул комплексы металлов обычно не обходимо расщеплять на энантиомеры, так как природ ные оптически активные комплексы (такие, как в хлоро- 4 Г