БИОХИМИЯ, 1991, том 56, вып. 11, с. 1923–1945
Взаимосвязь физико-химических характеристик органических растворителей с их денатурирующей способностью по отношению к белкам
Поступила в редакцию 09.04.1991
Аннотация
Исследован процесс обратимой денатурации нескольких белков (α-химотрипсин, трипсин, лакказа, химотрипсиноген, гидрофилизованный α-химотрипсин, нитрогеназа, цитохром с и миоглобин) под действием органических растворителей различной природы. При анализе закономерностей денатурации были использованы как наши собственные, так и взятые из литературы результаты кинетических и спектроскопических исследований поведения белков в водно-органических смесях. Во всех рассмотренных системах зависимости каталитических и/или спектральных свойств растворенного белка от концентрации органического растворителя имеют пороговый вид. Это означает, что при достижении некоторой критической (пороговой) концентрации органического растворителя дальнейшее ее увеличение резко меняет каталитические характеристики и спектральные свойства белка. Для количественного объяснения наблюдаемых закономерностей процесса денатурации предложена термодинамическая модель обратимой денатурации белков под действием органических растворителей. Модель основана на общепринятом в настоящее время представлении о том, что для поддержания нативного состояния растворенного белка необходима ненарушенная гидратная оболочка, существующая вокруг белковой глобулы в водном растворе. В результате количественного анализа модели получено уравнение, связывающее пороговую концентрацию органического растворителя с его физико-химическими характеристиками, такими как гидрофобность, сольватирующая способность, геометрия молекулы. Это уравнение хорошо описывает экспериментальные данные для всех рассмотренных белков. На основании термодинамической модели денатурации белков предложен новый параметр, названный денатурирующей способностью (ДС), характеризующий денатурирующую силу органического растворителя. Значения ДС, определенные для различных органических растворителей, образуют шкалу денатурирующей способности, которая позволяет теоретически предсказать пороговую концентрацию любого органического растворителя для данного белка. Применимость способа расчета пороговых концентраций, основанного на использовании шкалы ДС, была продемонстрирована для широкого круга растворителей и белков. Изучена устойчивость α-химотрипсина, ковалентно модифицированного гидрофильным модификатором, к денатурирующему действию некоторых органических растворителей. Показано, что в результате гидрофилизации стабильность α -химотрипсина увеличилась. Эффект стабилизации объясняется более прочным удерживанием гидрофилизованным белком гидратной оболочки по сравнению с нативным. Шкала ДС была распространена на неполярные органические растворители с целью объяснения широко известной способности ферментов сохранять каталитическую активность и стабильность в двухфазных системах типа вода – несмешивающийся с водой органический растворитель. Сохранение ферментативной активности в таких системах обеспечивается благодаря тому, что растворимость неполярных органических растворителей в воде недостаточна для достижения пороговой концентрации.