Жизнь микробов в экстремальных условиях - Кашнер Д.
Скачать (прямая ссылка):
д. Ионные связи и термостабильность. Перутц и Рейд (Ре-rutz, Raidt, 1975) объяснили повышенную термостабильиость феррсдоксинов увеличенным количеством внешних ионных связей. В соответствии с их предположением малатсинтетаза в
0,2 М растворе КС1 проявляет повышенную термолабильность (Sundaram et al., 1976). Выводы Перутца и Рейда были получены на структурных моделях нескольких ферредоксинов, построенных на основе известной третичной структуры ферредоксина из Micrococcus aerogenes (см. разд. 6, IV, Б). Подобный механизм кажется маловероятным, так как в водной среде внешние ионные связи должны быть очень слабыми, а в присутствии ионов они должны еще более ослабляться. Действительно, исследования термостабильности (Devanathan et al., 1969), на которые ссылаются Перутц и Рейд, были проведены в 0,1 М фосфатном буфере. Было также показано, что число заряженных групп внутри клетки Е. coli эквивалентно 1 моль-кг-1 (Damadian, 1973), а это означает, что внешние ионные связи внутри такой клетки, по-видимому, не могут быть стабильными. Однако ионные связи пли нон-дипольные взаимодействия могут значительно усиливаться при экранировании белка от растворителя.
е. Вторичная структура и термостабильность. Стелваген и Барнес (Stellwagen, Barnes, 1976) установили положительную корреляцию между термостабильностью и вторичной структурой енолаз и предположили в первом приближении, что вторичная структура глобулярных белков, особенно (5-структура, определяет их температуры теплового перехода. Синглетон (Singleton. 1976) также вычислил структурные параметры белков из мезофильных и термофильных организмов на основе их аминокислотного состава и не обнаружил различий в содержании спиральных и изогнутых участков в этих белках, однако, согласно его расчетам, термофильные белки могут содержать меньшее число участков с ^-структурой. Другие исследователи, определявшие число участков, имеющих спиральную и p-структуру, путем спектрополяриметрических измерений, ие выявили никаких различий между мезофильными и термофильными белками (Hase-gawa et al., 1976; Hibino et al., 1974; Suzuki, Imahori, 1974; Oga-sahara et al., 1970; Yoshida et al., 1975; Fontana et al., 1976). Таким образом, в большинстве случаев содержание участков с упорядоченной вторичной структурой в гомологичных белках мезофильных и термофильных организмов, по-видимому, очень сходно.
о/с. Агрегация и термостабильность. При 70°С активность глу-тамиисиитетазы В. stearothermophilus при концентрации белка 4 мг-мл"1 снижается медленнее, чем в том случае, если концент-
радия белка составляет 0,04 мг*мл~'. Исходя из этого, а также из данных о возможности агрегации фермента, Ведлер и Хофмаи (Wedlcr, Hoffmann, 1974b) высказали предположение, что термо-стабильность глутаминсиитетазы частично объясняется агрегацией белка. Однако и этот путь возможной стабилизации термофильных белков ие представляется универсальным. За исключением природной ассоциации мономеров, приводящей к образованию нативных протомеров, агрегация белков часто вызывает их инактивацию. Донован и Росс (Donovan, Ross, 1973), исследовавшие чрезвычайно устойчивый белок авкдин, наблюдали небольшое помутнение раствора белка при температуре около 70°С, что говорит об агрегации белка, происходящей в момент его теплового перехода. Тем не менее на основе полученных экспериментальных данных они сделали выводы, что агрегация ие вносит заметного вклада в термостабильность авидина. Действительно, термофильные белки, по-видимому, более устойчивы к индуцируемой нагреванием агрегации, что следует из большей устойчивости к тепловой коагуляции цитоплазматических белков термофильных бактерий по сравнению с аналогичными белками мезофильных бактерий (Koffler, Gale, 1957). Возможно, что более низкая способность белков к агрегации связана с тенденцией к понижению изоэлектрических точек этих белков и повышению устойчивости их молекул к развертыванию, благодаря чему неполярные участки остаются скрытыми в глубине молекул.
з. Цистеин и термостабильность. Хокинг и Харрис (Hocking, Harris, 1976) высказали предположение, что термостабильность белков обусловлена более низким содержанием цистеина и особенно вспомогательных сульфгидрильных групп, которые обычно располагаются на поверхности белка и поэтому легко подвергаются окислению. Предположение этих авторов основано в первую очередь на различиях в содержании цистеина у глицераль-дегид-3-фосфат — дегидрогеназ (разд. 6, IV, А) и фосфофрукто-киназ (Hengartner et al., 1976). Другими примерами термофильных ферментов с меньшим числом сульфгидрильных групп, чем у соответствующих мезофильных ферментов, служат фосфогли-цераткиназы (Suzuki, Imahori, 1974), эиолазы (Barnes, Stellwagen, 1973) и аденозинтрифосфатаза (Yoshida et al., 1975). Поскольку у ферментов как мезофильных, так и термофильных бактерий наблюдается тенденция к уменьшению количества серусо-держащих аминокислот, следует проявлять осторожность при сравнении уровня этих аминокислот в бактериях и других источниках. Интересно, что большая часть перечисленных ферментов получена из кальдоактивных бактерий, особенно из Т. aquaticus. Однако фосфофруктокиназа из Thermus Х-1 (Case, Stellwagen,
