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

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 30.10.2024

Просмотров: 47

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

я х . Основываясь на том, что с повышением температуры (до 50— 60°) водородные связи ослабляются, а гидрофобные взаимодей­ ствия усиливаются [50, 216], можно считать, что при образовании «прямого» геля (желатины) происходит резкий сдвиг п р и данной температуре в пользу образования межмолекулярных водородных связей, и это сопровождается отрицательным объемным эффектом. В случае актомиозина, видимо, при золь-гель переходе происхо ­ дит резкий сдвпг в сторону увеличения числа гидрофобных взаимо ­ действий, что сопровождается положительным объемным эффек­ том. Естественно, что в случае к а к «прямого», так и «обратного» г е ­ л я в образовании структуры могут принимать участие и водород­ ные связи, и гидрофобные взаимодействия. Характер геля опреде­ ляется преобладающим в нем типом связей.

В случае правильности данных рассуждений межмолекуляр ­ ные связи при агрегации в рассмотренных примерах должны опре­ деляться в основном гидрофобными взаимодействиями. Однако не исключена возможность наблюдения отрицательного объемного эффекта при агрегации, если в этом случае определяющими меж­ молекулярными связями окажутся водородные.

1

V I

В Ы Ч И С Л Е Н И Е К А Ж У Щ И Х С Я О Б Ъ Е М О В А М И Н О К И С Л О Т И Б Е Л К О В

КАЖУЩИЕСЯ ОБЪЕМЫ АМИНОКИСЛОТ

К а ж у щ и е с я объемы аминокислот и аминокислотных остатков обыч­ но рассчитывают, пользуясь значениями к а ж у щ и х с я атомных объ­

емов, найденных

Траубе .

Н а стр.

16 были приведены величины

атомных объемов

всех

основных

химических элементов, встре­

чающихся в белках . Основываясь на этих данных, можно получить

значения объемов атомных групп,

 

составляющих

аминокислоты,

а,

следовательно,

и

объемы

белков.

Сложение

соответствую­

щих

величин атомных объемов

дает

значения объемов

главных

атомных

групп, из

 

которых

составлены

аминокислоты

и белки

(табл.

3).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

3

 

 

Величины кажущихся объемов главных атомных групп,

 

 

 

 

 

 

 

 

встречающихся

в белках [14]

 

 

 

 

 

 

 

Характеристика

 

— NH,

 

- с н 2

-

- с о о н

- C O N H

-

-

ОН

Мольный

объем

 

7,7

 

16,3

*

18,9

20,0

 

5,4

 

Мольный

вес

 

 

16,0

 

14,0

 

45,0

43,0

 

17,0

 

Удельный

объем

 

0,48

 

1,16

0,42

 

0,47

 

0,32

 

* Вместо 16,1 см^моль [іі,

12] Коном и

Эдсаллом взята данная

величина

[14,

16, 17].

 

 

Е с л и сравнивать

экспериментально

определенные

величины

к а ж у щ и х с я

мольных

объемов электрически нейтральных соедине­

ний, растворенных в воде, с суммой объемов их атомных групп,

то

неизменно экспериментальная

величина (Ф 3 )'оказывается

больше

теоретической (Фт ),

к а к это видно из табл. 4.

 

 

 

 

 

 

 

Д л я

большинства

таких

соединений

связь

между

Ф э

и

 

Ф т

обычно подчиняется

выражению:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ФЭ =

ФТ +

Ф„ 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(33)

где

Фко

—

величина,

н а з в а н н а я

Траубе

кообъемом.

 

 

 

 

 

Б ы л о показано, что кообъем от молекулы к молекуле меняется

мало,

его

значение

лежит

 

в пределах

1 1 — 1 5

см3 /моль,

и

в

71

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а 4

Экспериментальные и теоретические величины кажущихся мольных

 

объемов (в см3 /моль) электрически нейтральных соединений

 

 

Вещество

фЭ

фТ

фЭ _ фТ

Литературные

 

 

 

 

 

 

ссылки

Метанол

CHs—ОН

37,0

24,6 .

12,4

[13]

 

 

 

 

 

 

Уксусная

кислота

50,7

38,1

12,6

[13]

 

 

СИ»—СООН

 

 

 

 

Амид

гликолевой кислоты

56,2

42,7

13,5

[21]

 

 

НО—СНа—CONHa

 

 

 

 

Амид

молочной кислоты

73,8

58,8

15,0

[14]

 

 

СНз—СН—CONHa

 

 

 

 

 

 

j

 

 

 

 

 

 

ОН

 

 

 

 

расчетах часто принимают

 

 

 

 

Ф 1 ; о =

13 см3 /моль

 

 

 

(34)

(когда рассматриваются не аминокислоты). Величину кообъема Траубе считают обусловленной межмолекулярными взаимодей­ ствиями, которые ответственны за минимальные расстояния меж­ ду молекулами в жидкости [13, 14].

Однако в случае диполярных ионов оказалось,

что теоретиче­

с к а я и экспериментальная величины кажущегося мольного

объема

очень близки друг

к

другу. Например,

у

незаряженного

амида

гликолевой

кислоты

и

его изомера — глицина,

являющегося

диполярным

ионом,

величины

экспериментально

определенных

к а ж у щ и х с я

мольных

объемов

равны

соответственно

56,2 и

43,5 см3 /моль

[21]. К а к

видно из табл. 4, Ф э

глицина весьма бли­

зок к Ф т амида гликолевой кислоты. Эти

совпадения были

найде­

ны д л я широкого

класса соединений, я в л я ю щ и х с я

диполярными

ионами . Интересующие нас составные части белка — аминокисло­

ты т а к ж е подчиняются

этому п р а в и л у . Н и ж е приведены

теорети­

ческие и экспериментальные

величины к а ж у щ и х с я

мольных объ­

емов нескольких диполярных аминокислот [16].

 

 

Аминокислота

ф 3

ф т

- Аминокислота

фа

ф т

Глицин

43,5

4 2 J

Валин

91 ] 3

с ц п

Алании

60,6

58,8

Лепщш

107,5

Ю 7 , 1

Т а к и м образом,

для диполярных ионов не нужно учитывать

кообъем

Траубе и,

следовательно,

 

 

Ф э

Ф т .

 

 

 

 

(35)

72

Это совпадение объясняется тем, что электрострикциониый эф­

фект, обусловленный наличием у аминокислот заряженных

амин-

ных и карбоксильных групп, по величине примерно

равен,

а по

знаку противоположен кообъему Траубе .

 

 

В случае тетраполярных соединений, каким, например,

я в л я ­

ется лпзил - глутаминовая кислота

 

 

 

+ H3 N—СІ-Із—СШ—СІЬ—СІ-Ь—СН—соо-

 

 

 

- О О С - С І Ь — С І Ь - С Н - С О — N H

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

NH3 +

 

 

 

равенство (35) не выполняется, а

 

 

 

Ф Э <

Ф Т ,

 

 

 

 

(36)

поскольку в данном случае имеется

дополнительный] электро-

стрикционный

эффект, обусловленный

еще двумя

заряженными

группами

[13].

 

 

 

 

 

Из

рассмотрения объемных эффектов на уровне

аминокислот

очевидно, что в общем случае

 

 

 

Фэ\=

Ф Т +

+

Е,

 

 

(37)

где Е

— величина

объема, соответствующая электрострикцион-

ному эффекту. Д л я

аминокислот обычно принимают

 

Ф к о

=

+14,1

см3 /моль,

 

 

(38)

£

=

—13,3

см8 /моль.

 

 

(39)

При расчете объема молекулы белка необходимо использовать аминокислотные остатки, объемы которых, очевидно, должны от­ личаться от объемов аминокислот. П р и переходе от объема амино­ кислоты к объему аминокислотного остатка необходимо учитывать следующие три обстоятельства [217].

Во-первых, объем каждого аминокислотного остатка меньше объема аминокислоты на величину объема одной молекулы воды, т. е. Ф т станет меньше на 6,6 см 3 /моль (единственную молекулу воды на концевых аминокислотных остатках при достаточно боль­ шой длине полипептида, очевидно, можно не принимать во вни ­ мание) .

Во-вторых, при образовании пептидной связи исчезают п а р ы зарядов на участвующих в связи карбоксильных и аминных груп ­

пах аминокислот, что приводит к

ликвидации

электрострикцин,

обусловленной этими парами

зарядов, т. е. объем увеличится на

13,3 см 3 /моль .

 

 

 

 

В-третьих, член кообъема

Ф к о

в уравнении

(37)

необходимо

опустить, так как аминокислотный остаток не является

индивиду­

альной молекулой, что д л я аминокислоты даст уменьшение объ­ ема на 14,1 см 8 /моль . Эту величину н у ж н о было бы добавить к объ­ ему всей молекулы белка, но поскольку она пренебрежимо мала

4 А. А. Замятнин

73

по сравнению с полным объемом белка, ее можно не учитывать совсем.

Т а к и м образом, для величины кажущегося мольного объема аминокислотного остатка имеем

ф 1 О = Ф А - Ф Н

, О - Я - Ф „ О

(40)

или

 

 

 

 

Ф А О '•= Ф А —6 ' 6

+ 1 3 ' 3 —

=

Ф А — 7 - 4 см3 /моль.

(41>

В табл. 5 приведены

значения к а ж у щ и х с я

мольных объемов

аминокислот, полученных

экспериментально

(Фд), и аминокис­

лотных остатков, вычисленных по уравнению (41), т. ѳ. Фао- За ­ метим только, что для аминокислотных остатков лизина и аргинина

величина Е взята

равной —18 см3 /моль. В этой таблице

даны так­

же теоретические

значения к а ж у щ и х с я мольных объемов амино -

 

 

 

 

 

Т а б л п ц а

Кажущиеся мольные и удельные объемы аминокислот (А)

 

и аминокислотных остатков (АО) [217]

 

Аминокислота

 

<

ф А О

ф А 0

Фѵ см'/г

 

 

 

 

смЛ'моль

 

 

Глицин

 

 

43,5

36,1

36,3*

 

Аланпп

 

 

60,6

53,2

52,6*

 

Валпн

 

 

92,7

85,3 .

85,2*

 

Лейцаи

 

 

108,4

101,0

101,5*

 

Нзолейцпн

 

 

108,4

101,0

101,5*

 

Фенплаланіш

 

121,3

113,9*

 

 

Пролип

 

 

81,0

73,6*

 

 

Триптофан

 

 

144,1

136,7*

 

 

Серии

 

 

60,8

53,4

54,9*

 

Треоиші

 

 

 

 

71,2*

 

Метиошш

 

 

105,1

97,7*

 

 

Цпстин

 

 

 

 

128,8*

 

Аспарагин

 

 

78,0

70,6*

72,6

 

Глутамин

 

 

93,9

86,3*

88,9

 

Аспарагиновая кислота

74,1

66,7

68;4*

 

Глутаминовая кислота

 

 

 

84,7*

 

Тпроз'иц

 

 

123,6

116,2*

 

 

ГИСТИДИН

 

 

99,3

91,9*

 

 

Лпзнп

 

 

108,5

105,8

105,1 *

 

Аргпннп

 

 

 

 

109,1 *

 

* Величины,

использовавшиеся для

вычисления

кажущегося

удельного

объема ами-

ПОІСІСЛСТНОГО

остатка (0^).

 

 

 

 

74

кислотных остатков (Фло)> вычисленных по данным табл. 3, соглас­ но уравнению

Ф І 0 = Ф А — 6 > 6 см3 /моль.

(42)

Приведенные в табл. 5 величины широко используются для вы­ числения кажущегося удельного объема белка в случае, если и з ­ вестен его аминокислотный состав.

РАСЧЕТНЫЙ МЕТОД КОНА—ЭДСАЛЛА [217]

В настоящее время величину кажущегося объема белка опреде­ ляют экспериментально й расчетным путем. Первый из них состо­ ит в измерении плотности раствора белка и последующем вычис­ лении объема. Д р у г о й метод заключается в расчете этой величины из объемов аминокислотных остатков, составляющих белок. Часто при исследовании физических свойств нового белка, аминокислот­ ный состав которого еще неизвестен и когда в распоряжении экс ­ периментатора имеется микроскопическое количество материала,

величину

к а ж у щ е г о с я

удельного объема

принимают

равной

0,75 см3 /г без к а к и х бы то ни было измерений и оценок. Это

объяс­

няется тем, что к а ж у щ и е с я

удельные объемы большинства

белков

лежат

в

пределах величин

0,70—0,76 см3 /г, и

в большинстве

«лучаев

ошибка 6—7%

не

рассматривается

к а к

слишком

б о л ь ­

ш а я .

 

 

 

 

 

 

 

Широко используется метод расчета кажущегося объема

белка,

который предложен Коном и Эдсаллом в 1943 г. [217]. Этот метод

основан на представлениях Траубе [11, 12] об аддитивности

моль ­

ных объемов атомов и атомных групп (в нашем случае

аминокис ­

лотных остатков).

 

 

 

Чтобы рассчитать по этому методу

к а ж у щ и й с я объем

белка,

леобходимо знать его аминокислотный состав и к а ж у щ и е с я

объе­

мы аминокислотных остатков.

 

 

 

Пусть рассматриваемый нами белок содержит щ молей і-го

аминокислотного остатка, имеющего

мольный вес МІ

И

к а ж у ­

щийся мольный объем Ф І . Тогда к а ж у щ и й с я мольный

объем все­

го белка Фб будет равен

 

 

 

где суммирование производится по всем видам аминокислотных •остатков, общее число которых к (для большинства белков к =

=20).

Далее, поскольку молекулярный вес белка равен

Мб=

J n.M.,

-

(44)

 

і=1

 

 

75

4*

Смотрите также файлы