Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
21-24.docx
Скачиваний:
19
Добавлен:
29.02.2016
Размер:
45.53 Кб
Скачать

23 Образование упорядоченной структуры белка с термодинамической точки зрения.

Последовательность аминокислотных остатков предопределяет пространственную конфигурацию белка – его трехмерную структуру. Основной движущей силой в формировании трехмерной структуры является взаимодействие радикалов аминокислот с молекулами растворителя (воды). При этом неполярные гидрофобные радикалы аминокислот как бы погружаются внутрь белковой молекулы, образуя там «сухие» зоны, в то время как полярные радикалы ориентированы в сторону воды. В какой-то момент возникает термодинамически наиболее выгодная конформация молекулы в целом, и она стабилизируется. В такой форме белковая молекула обладает минимальной свободной энергией и характеризуется согласованностью между всеми видами внутримолекулярных взаимодействий.

Третичная структура уложенных белков и их окончательные свойства, включая термостабильность, являются результатом тонкого баланса различных нековалентных взаимодействий, к которым относятся вандерваальсовы силы, водородные связи, электростатические взаимодействия заряженных групп и гидрофобные взаимодействия.

Свободная энергия стабилизации глобулярного белка – мезофильного или термофильного – достаточно мала. Она не превышает 7–15 ккал/моль, которые эквивалентны энергии образования немногочисленных водородных связей, ионных пар или гидрофобных взаимодействий. Поэтому нельзя ожидать, что гипертермофильные белки будут значительно отличаться от мезофильных белков, т. е. они не будут проявлять свойства, которые качественно будут их отличать от “нормальных” белков.

Можно выделить несколько основных, общих для всех белков, механизмов стабилизации: • минимизация доступной площади гидрофобной поверхности белка; • оптимизация упаковки атомов белковой молекулы или, другими словами, минимизация отношения поверхность/объем; • оптимизация распределения зарядов.

Гидрофобный эффект является важным фактором, отвечающим за стабильность белка. Наиболее стабильная структура должна отвечать следующим двум требованиям: гидратация неполярных атомов минимальна, а взаимодействия вандерваальса между неполярными атомами в белковом ядре максимальны. Введение полостей (впадин, выемок) в белок, как правило, ассоциируется с уменьшением его стабильности. Цитратсинтаза из Thermoplasma acidophilum сравнивалась с мезофильным аналогом из сердца свиньи. Фермент из Th.ac. сохраняет активность в течение 10 мин при 78 °С, цитрат- синтаза из сердца теряет активность тоже через 10 мин, но уже при 45 °С. Компьютерная обработка данных кристаллографии показала, что фермент из сердца содержит 11 впадин (объем 96 кубических ангстрем), а синтаза из Thermoplasma только семь (объем 29 кубических ангстрем). Неблагоприятный энергетический вклад каждого кубического ангстрема полости составляет 25–60 кал/мол-1. Разница объемов полостей двух ферментов – 67 кубических ангстрем. Следовательно, стабилизирующий выигрыш свободной энергии для синтазы из Thermoplasma составляет 1,6–4 ккал/мол-1 при комнатной температуре.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]