С.П. Рожков, А.С. Горюнов.
Фазовые свойства белковых растворов и денатурация белка
Ключевые слова: фазовые диаграммы белкового раствора; тепловая и холодовая денатурация белка; бинодаль; интермедиаты сворачивания белка; фазовые переходы; капиллярное давление
Образование конденсированных фаз, в том числе микрофаз, содержащих белки (кристаллов, олигомеров, других твердотельных агрегатов, а также плотных жидкостей и гелей), играют важную роль в функциональной активности белка в цитоплазме живой клетки, являются значимым аспектом белковых исследований и биотехнологий, а также обусловливают различные патологии в живом организме. Многие явления, связанные с образованием интермедиатов сворачивания белковых молекул до сих пор не получили термодинамической трактовки. Это снижает предсказательный потенциал фазовых диаграмм состояний белкового раствора, используемых для описания состояния молекул белка в разнообразных физиологических и биотехнологических условиях. В нашей работе делается попытка проследить взаимосвязь фазовых переходов типа жидкость-жидкость (L-L) в дисперсиях глобулярных белков с явлениями тепловой и холодовой денатурации. Показано, что анализ изобар фазовой диаграммы в координатах давление-температура и температура-энтропия позволяет предсказать появление новых фазовых состояний, образованных интермедиатами сворачивания, в дисперсии белка. Они находятся в метастабильном равновесии с макрофазой, образованной нативными и денатурированными формами молекул белка. Термодинамическое равновесие достигается за счет того, что интермедиаты сворачивания образуют фазы микроскопических размеров, которые стабилизируются за счет капиллярного эффекта. Тем самым при одном и том же внешнем давлении, действующем на дисперсию, обеспечивается равенство химических потенциалов всех молекул белка, необходимое для термодинамической устойчивости системы. Вне денатурационного температурного интервала интермедиаты приобретают основную конформацию и происходит фазовый переход типа L-L, так как исчезают причины, вызывающие необходимость фазового разделения. Такой подход позволил также показать, что метастабильные фазовые равновесия нативный белок - интермедиат и денатурированный белок - интермедиат имеют признаки равновесия типа L-L как в области низких, так и повышенных температур, и объяснить их существование вдали от области фазового перехода первого рода.
Индексируется в РИНЦ