Файл: Замятнин, А. А. Дилатометрия растворов белков.pdf

V

О Б Ъ Е М Н Ы Е Э Ф Ф Е К Т Ы , С О П Р О В О Ж Д А Ю Щ И Е К О Н Ф О Р М А Ц И О І Ш Ы Е

П Е Р Е Х О Д Ы В Б Е Л К А Х

НАБУХАНИЕ И РАСТВОРЕНИЕ

Прежде чем обратиться к рассмотрению конформационных пере ­

ние белка есть процесс наибольшего пасыщения межмолекуляр ­ ными взаимодействиями его полярных групп с диполями воды. Сле­ довательно, дилатометрические исследования растворения белков могут привести к обнаружению значительных объемных эффек­ тов, вызванных электрострикцпей воды.

Ввиду необычайной простоты выполнения, эксперименты по исследованию изменения объема при намачивании различных ве­ ществ ведутся у ж е с начала X I X века [154—161]. И в первых ж е работах было замечено, что при этом наблюдается уменьшение объема системы и выделяется тепло.

Исследование процессов набухания и растворения сыграло большую роль при изучении гидратации белков. Д л я этой цели с помощью капиллярного дилатометра изучали кинетику погло­

Е щ е в 1870 г. К в и и к [159] использовал дилатометрию д л я по­ лучения количественных сведений об изменении объема при на­ бухании в воде сваренного белка куриного яйца . Найденные им. величины уменьшения объема (—1,3—5,2 • 10~2 см3 /г) очень близ­ к и к значениям объемных эффектов, полученных позднее у ж е с помощью более совершенной экспериментальной техники.

Наибольшее число работ в области дилатометрии набухания было проведепо на желатине. С изучением свойств этого белка связано т а к ж е создание многочисленных разновидностей изме­ рителей объемных эффектов.

системы при переносе сухих желатиновых пластинок из керосина в воду. Им был обнаружен отрицательный объемный эффект, составлявший — 5 , 4 - Ю - 2 см/г при 35° С. Б ы л о показано, что

56

величина объемного эффекта зависит от содержания воды в жела ­ тине. П р и предварительном насыщении желатины водой до 0,4 г воды на 1 г белка объемный эффект уменьшается до—2,1 • 10~2 см3 /г. Добавление в систему сильных кислот и оснований тоже приводи­ л о к уменьшению величины объемного эффекта, однако слабые кислоты, нейтральные соли и неэлектролиты на величину объем­

ного объемного эффекта, характеризующего процесс, имеет макси­

после введения желатины в контакт с водой. Все последующие измерения объемных эффектов проводили в течение этого времени. На рис. 30 приведена также зависимость от времени отношения величины объемного эффекта к количеству впитанной белком во­ ды. Х а р а к т е р этой зависимости указывает на то, что величина объемного эффекта пропорциональна количеству поглощенной

положному тому, какой был известен ранее (рис. 29). Кривые на

О степени гидратации белков и о величинах электрострикции можно судить т а к ж е по разнице в величинах удельного объема сухого белка и кажущегося объема белка, находящегося в - р а с ­ творе.

Объемный эффект при полном растворении белка, по-видимо­ му, впервые достаточно корректно был исследован в 1913 г. Ч и - ком и Мартином [175]. Удельные объемы сухих препаратов казеи­ ногена, яичного альбумина, сывороточного альбумина и сыворо-

57

Р и с. 29. Зависимость отрицательного объемного аффекта при набухаіпш же­ латины от величины pH [во]

1 — изменение объема, отнесенное к і г Оухой желатины; 2 — изменение объе­ ма, отпесеиное к 1 г впитанной воды

Время, часы

58

воляют считать, что растворение различных белков приводит к уменьшению объема на величину того же порядка, что и при набу­ хании.

Уменьшение объема, наблюдающееся при набухании и раство­ рении белков, по-видимому, в с и л ь н о й степени зависит от взаимо­ действия групп боковых радикалов аминокислотных остатков с молекулами воды. Однако если провести оцеику величины объем­

личина объемного эффекта, обусловленного этой причиной, для многих белков приблизительно вдвое меньше, чем наблюдают при набухании и растворении [21], несмотря на то, что по этой оценке все полярные группы должны находиться на поверхности взаимо­ действия с водой. Этот результат свидетельствует о том, что объем­ ный эффект набухания и растворения может зависеть еще п от заполнения молекулами воды свободного пространства, имевше­ гося в сухом препарате. В случае белков, образующих в сухом состоянии кристаллы, часть объемного эффекта, наблюдаемого при набухании и растворении, может быть связана с характером упа­ ковки молекул белка, имевшей место в кристаллической решетке.

ПЕРЕХОД КЛУБОК-СПИРАЛЬ В ИСКУССТВЕННЫХ ПОЛИПЕПТИДАХ

Хорошо известно, что полипептидные цепи белков бывают в зна­ чительной степени спирализованы. При этом степень спирализации существенным образом зависит от условий, в которых находит­ ся белок [3, 21, 151]. Различные физнко-хнмические реакции могут приводить к повышению или понижению числа аминокислот­ ных остатков, включенных в спираль . П р и этом большинство бел­ ков не может быть спнрализованиыми полностью.

В то ж е время различные синтетические полипептиды, состоя­ щие из одного вида аминокислотных остатков, способны образовы­ вать стопроцентные спиральные структуры. Эти полиаминокис­ лоты представляют собой удобную модель для изучения спираль - ностн белков.

переходы могут сопровождаться также перераспределением внутри­ молекулярных взаимодействий между боковыми радикалами амино­ кислотных остатков. Выявлению эффекта, обусловленного только изменением процента спиральиости в белке, может способствовать

59