ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Денатурация белков из "Молекулярная биофизика" Как уже указывалось выше (см. стр. 223), сравнительно мягкие воздействия на белок, не разрывающие пептидных связей, могут привести к утрате биологической функциональности — происходит денатурация белка. Она может быть вызвана нагреванием, механическим воздействием (ультразвук), изменением pH, действием различных химических агентов (например, мочевины). Денатурация состоит в разрушении пространственной структуры белковых молекул при сохранении первичной структуры цепей. Денатурированная молекула белка оказывается в состоянии статистического клубка с ограничениями, налагаемыми дисульфидными связями, или без них. Для глобулярных белков процесс денатурации сводится к переходу глобула — клубок. [c.242] Изучение денатурации дает информацию о природе и устойчивости нативной структуры. Интерпретация экспериментальных данных трудна, так как взаимодействия внутри глобулы и на ее поверхности многообразны, а параметры перехода имеют суммарный характер. [c.242] Глобула имеет фиксированную компактную структуру, она является апериодическим кристаллом. Переход глобула — клубок отличен от переходов а-спираль — клубок и р-форма — клубок, так как он происходит в трехмерной системе, Кооперативность перехода определяется не только взаимодействиями между соседними звеньями данной цепи, но и взаимодействиями других пространственно сближенных участков цепи или цепей. Кооперативность глобулы определяется не только взаимодействиями (водородные связи и т. д.), но и геометрическими факторами упаковки [2]. [c.242] Цифры у кривых указывают значения pH. Нижняя пунктирная кривая соответствует нативной форме, верхние —денатурированной. [c.243] Многостадийная денатурация наблюдается б ряде случаеБ (например, денатурация парамиозина гуанидинхлоридом [129]). Идентификация промежуточных состояний и истолкование многостадийного процесса встречаются с большими трудностями. [c.244] Характерные значения термодинамических параметров денатурации приведены в табл. 4.15 [130]. [c.244] Это — удобный и простой способ определения конформационной стабильности белка. [c.245] Определение А/ р и АРе представляет большие трудности. Есть основания считать эти члены относительно малыми (речь ведь идет не о АН и Д5, а о АР). [c.247] Величина А5ж также пропорциональна N — чем длиннее цепь, тем больше поперечных связей она может образовать. Значит, N. Если 1, то Гпер не зависит от N. Если известны АНо и А5о, то можно по 7 пер определить А5ж. АРпр оценивается п 0,5 ккал/моль. Значения АРц и АРе того же порядка. [c.247] В точке перехода Ар = О и х = 0,5. В работе [102] проведено детальное рассмотрение водородных и гидрофобных связей в системе белок — вода. Количественные оценки АН, А8 и АР согласуются с приведенными. [c.247] Изложенные теоретические соображения в общем согласуются с опытом (см., например, [133]). Многочисленные экспериментальные данные, относящиеся к денатурации, приведены в монографии Жоли [132], а также в обзорах Тенфорда [130] и Брандтса [107], в которых содержится и теоретический анализ. [c.248] Из изложенного следует, что денатурацию можно рассматривать как процесс кооперативного перехода между двумя состояниями — нативным и денатурированным. Брандте обосновал эту концепцию [107]. Оба наблюдаемых макроскопических состояния являются результатом усреднения по совокупностям микроскопических состояний. Теория перехода между двумя состояниями исходит из того, что любое микроскопическое состояние относится к нативному или к денатурированному макроскопическому состоянию или фигурирует в распределениях и для того, и для другого состояния. С помощью статистической суммы (4,85), где д дается (4,87), Брандте вычислил изменение числа звеньев п, соединенных водородными связями, с температурой для белка с N = 200 (40% гидрофобных, 20% гидрофильных и 40% нейтральных остатков). Функция распределения микросостояний, характеризуемых числом водородных связей, оказывается отчетливо бимодальной. При изменении температуры от 20 до 50 °С резко уменьшаются вероятности состояний с п ж 200 и одновременно резко увеличиваются вероятности состояний с п ж 0. [c.248] Изучение денатурационных переходов дает информацию, с одной стороны, о степени стабильности нативного белка (изменение свободной энергии), с другой—о кооперативности взаимодействий в белке (острота перехода). Эти характеристики не обязательно коррелируют друг с другом. [c.248] Исследование денатурации, естественно, не раскрывает устройства машины — белковой глобулы. Денатурация означает разрушение этой машины. Тем не менее при таком разрушении мы получаем некоторые сведения об устойчивости внутренних связей, об электронно-конформационных взаимодействиях (ЭКВ) в белке (см. 6.7). [c.248] Естественно, что полной обратимости денатурации следует ожидать для белков, не содержащих групп, вступающих в денатурированном состоянии в необратимые реакции (например, окисление 5 — Н-групп) [101]). Так, доказана обратимость денатурации рибонуклеазы [135], такаамилазы А [136] и а-амилазы [136]. В работах Анфинсена и др. [137—140] показано, что можно добиться ренатурации белков и с разорванными дисульфидными связями. Из этих данных следует, что денатурацию действительно можно трактовать как термодинамический конформационный переход и что нативная структура белка отвечает если не глобальному, то относительному минимуму свободной энергии. [c.249] Вернуться к основной статье