3.30. Денатурация глобулярных белков

Денатурацию глобулярных белков вызывают: нагревание, воздействие ультразвуком, радиационное воздействие, рН, состав растворителя.

Экспериментально было показано, что денатурацию вызывают слабополярные органические растворители. Их действие связано с контактами с гидрофобными группами белка. Было обнаружено, что денатурирующее действие спиртов на белки возрастает с увеличением размера алифатического радикала.

Глобула имеет фиксированную пространственную структуру и переход “глобула клубок” отличен от перехода “спираль - клубок” потому, что он происходит в трехмерной системе. С другой стороны, кооперативность перехода (которая определяет величину изменения температуры (интервал ΔT, в котором происходит переход), а ΔT примерно одинаково при плавлении α-спирали и глобулярного белка) связана не только с взаимодействием ближнего порядка, но и дальнего. Показательны денатурационные превращения в зависимости от рН. При уменьшении рН уменьшается изменение энтальпии и температура перехода.

Например, для химотрипсиногена:

рН	Тm, 0С	ΔН, ккал/моль
2.3	43	78
2.8	51	110
3.4	58	130
5.0	62	148

Конформационные переходы белковых молекул связаны с разворачиванием полипептидной цепи и часто происходят малые, локальные и трудно наблюдаемые изменения, которые не сопровождаются сильными изменениями теплоемкости. Когда изменения теплоемкости при денатурации нативных белков велики, их связывают с нарушением гидрофобных взаимодействий. По существенным изменениям теплоемкости можно судить о характере перехода. Т.к. при денатурации глобулярных белков изменяется структура молекулы, то исследования могут способствовать установлению факторов, стабилизирующих белковую глобулу.

Факторы:

1. В ходе денатурации белки характеризуются большей поворотной гибкостью цепи, и поэтому среднее изменение энтропии Δ является первой существенной составляющей свободной энергии для дестабилизации глобулярных белков. В расчете на стабильный (развернутый) остаток Δ 2-6 .

2. Изменение энтальпии Δ (связано с разрушением водородных связей). Δ 2 .

3. Изменение свободной энергии Δ при нарушении гидрофобного взаимодействия в ходе денатурации.

4. Реакции денатурации белка сильно зависят от рН. Факторы, определяющие эту зависимость, делят на две группы:

а) дальнодействие электростатического взаимодействия;

б) аномальные группы и эффекты, связанные с титрованием.

Многие белки содержат ионизированные группы, рК которых отличаются на несколько единиц от нормального значения рК для этих групп в развёрнутом состоянии. В ходе денатурации происходит нормализация рК этих групп, т.е. изменяется связывание протонов с этими группами. Это приводит к появлению титрационной составляющей изменения свободной энергии (ΔF_титр.).

ΔF_g = p(N - NT Δ + Δ ⁱ) + ΔF_эл + ΔF_титр..

р – доля пептидной цепи, развернутой в ходе денатурации, или степень разворачивания.

N – число звеньев в молекуле.