Жизнь микробов в экстремальных условиях - Кашнер Д.
Скачать (прямая ссылка):
Агрегация поли-Ь-валил-рибо- 203 Kettman et al., 1965
цуклеазы
Флагеллин Жгутиковые нити 157 Gerber, Noguchi, 1967
Рибосомные субчастицы Ри 500 Infante, Baierlein, 1971
босома
Микротубулиц-^-Микротрубочки 90---400 Salmon, 1975a, b
Для кооперативных реакций и реакций с участием полимеров изменения могут быть существенно больше — примерно на порядок, Например, величина ДУ для реакции ассоциации рибосом-ных субчастиц равна примерно 500 мл-моль-1, на что указывает чувствительность процесса диссоциации к давлению (Infante, Baierlein, 1971). Изменения объема такого порядка однозначно-говорят о том, что процесс сопровождается кооперативными явлениями. Ассоциация рибосомных субчастиц представляет собой, по-видимому, последовательность сопряженных «мономерных» реакций, причем наличием сопряжений и объясняется высокая чувствительность этого процесса к повышенному давлению.
1. Денатурация биополимеров под действием
давления
Пожалуй, наиболее подробно изученными кооперативными реакциями в биохимии являются процессы денатурации биополимеров. Денатурация белков под действием давления служила объектом многочисленных исследований, начиная с ранней работы Бридгмана (Bridgman, 1914). Недавно Зип и Каузман (Zipp, Kauzmann, 1973) провели изучение денатурации метмноглоби-иа, сравнивая дифференциальное поглощение света гемиповой группы молекулы этого белка в нативном и денатурированном состоянии. Они установили, что давление до — 3500 кг-см-2 не оказывает практически никакого влияния. Затем в сравнительно узкой области давлений от 3500 до 5000 кг-см-2 белок подвергается кооперативной обратимой денатурации. В обзорной статье Сузуки и Таннгучн (Suzuki, Taniguchi, 1972) можно найти и другие примеры кооперативной денатурации; денатурация белков на 50% происходит под давлением около 3500 атм для (3-лактоглобулина при pH 5,2 и 30°С и около 9000 атм для а-амплазы при pH 5,8 и температуре 30°С. Точно определив изменения объема при денатурации белков, исследователи, работающие в области химии белков, оказались в чрезвычайно трудном положении. Они обнаружили, что регистрируемые изменения объема весьма незначительны, а это противоречит современным представлениям о силах, которые сообщают белкам конформацион-ыую устойчивость. -
Принято считать, что основную роль в определении нативной конформации белков играют гидрофобные взаимодействия. Разрыв гидрофобных связей обычно приводит к уменьшению объема примерно на 10—20 мл-моль-1 (Kauzmann, 1959). По-видимому, при переносе неполярных групп из гидрофобной среды, которая существует внутри молекулы глобулярного белка, в водное окружение происходит упорядочение молекул воды. Упорядоченная структура воды носит название «клатрата» или «айс-
берга». Клатратная вода отличается от обычного льда тем, что она плотнее жидкой воды. Следовательно, разрыв гидрофобных связей приводит к сокращению объема, а повышенное давление вызывает разрыв гидрофобных связей. Можно было бы ожидать, что денатурация белка с разрывом большого количества гидрофобных связей будет сопровождаться значительным уменьшением объема порядка сотен миллилитров на моль.
В амфотерных белках денатурация приводит к разрыву электростатических связей. В результате этого разрыва заряженные. группы приходят в соприкосновение с водной средой. Вода вокруг таких групп подвергается электрострикции и происходит уменьшение объема, как правило, на 1 — 11 мл на 1 моль заря-' женных групп.
При денатурации может также происходить разрыв водородных связей. Однако при этом объем увеличивается только на 3—4 мл-моль-1. Объем увеличивается и при разрыве ковалентных связей. Например, в результате разрыва углерод-углеродной г связи объем возрастает обычно на 12 мл-моль-1. При обратимой денатурации разрыва ковалентных связей, как правило, не происходит.
Некоторые авторы (Tanford, 1968; Brandts et al., 1970; Zipp, Kauzmann, 1973) считают, что при денатурации белков объем должен в значительной степени уменьшаться, так как разрыв гидрофобных и электростатических связей проявляется гораздо сильнее, чем разрыв водородных связей. Попытки обнаружить другие процессы, способные вызвать компенсирующие увеличения объема, не увенчались успехом. Создается впечатление, что представления о конформации белков страдают неточностью; Зип п Каузман (Zipp, Kauzmann, 1973) высказали предположение, что конформацнонная устойчивость в действительности не определяется в первую очередь гидрофобными взаимодействиями.
Было выдвинуто и другое, менее противоречащее общепринятым взглядам объяснение расхождения между измеренными и ожидаемыми изменениями объема при денатурации белков (B0je, I-Ividt, 1972; Hvidt, 1975). Авторы этого объяснения указывают на то, что химические группы полимера находятся в некотором смысле в очень концентрированном растворе из-за близкого расположения соседних групп. На примере модельных соединений эти авторы показали, что разрыв гидрофобных связей в концентрированных растворах приводит к увеличению, а не уменьшению объема. Следовательно, разрыв гидрофобных связей при денатурации белков может привести к незначительному увеличению объема. Небольшие отрицательные изменения объема, измеренные экспериментально, отражают, по-видимому, суммарный результат увеличений объема за счет разрыва гидрофоб-
