СТЕКЛОВАНИЕ ВЛАЖНЫХ ДЕНАТУРИРОВАННЫХ ГЛОБУЛЯРНЫХ БЕЛКОВ-ОПРЕДЕЛЯЮЩИЙ ФАКТОР ИХ СПОСОБНОСТИ К РЕНАТУРАЦИИ ПРИ ПОСЛЕДУЮЩЕМ РАСТВОРЕНИИ В ВОДЕ

Белопольская Т. В., Церетели Г. И., Грунина Н. А.
Научно-исследовательский институт физики Санкт-Петербургского государственного университета, 198904 Санкт-Петербург
В работе рассмотрена связь одного из основных биологических свойств белка - его способности к восстановлению нативной структуры, с чисто полимерным свойством белковых макромолекул - возможностью при определенных условиях переходить из высокоэластического в стеклообразное состояние. На примере так называемых малых глобулярных белков (миоглобин, лизоцим, рибонуклеаза) проведено ДСК-исследование тепловых свойств систем белок - вода во всем возможном диапазоне изменения концентраций отдельных компонентов - от концентрированного раствора до практически сухого белка, в широком интервале температур. Для всех белков получены зависимости основных параметров денатурации от содержания воды в исследуемой системе, при этом показано, что уменьшение содержания воды вплоть до 50% практически не оказывает на них влияния, в то время как потеря белком связанной с ним воды сопровождается, с одной стороны, уменьшением теплоты денатурации, с другой - значительным ростом термостабильности. Показано, что для изученных белков при низкой степени гидратации процесс денатурации проходит необратимо, по крайней мере, те элементы исходной пространственной структуры, разрушение которых сопровождалось поглощением теплоты денатурации, после охлаждения белка, не восстанавливаются, о чем свидетельствует отсутствие денатурационного максимума на термограммах при втором нагревании. В то же время на этих термограммах обнаружен аномальный ход зависимости Ср(Т) в виде скачка теплоемкости, который, как было показано нами ранее, является калориметрическим проявлением процесса стеклования сухих и увлажненных денатурированных белков, а его температура соответствует температуре стеклования. Как следствие, в денатурированном состоянии при комнатной температуре такие белки находятся в стеклообразном состоянии. Обнаружена неизвестная ранее особенность ренатурации глобулярных белков: способность денатурированного теплом влажного белка при растворении восстанавливать свою нативную структуру. Показано, что термограмма нагревания предварительно денатурированного влажного белка после добавления к нему воды, например, до 80% полностью совпадает с термограммой исходно нативного образца с равным содержанием воды. Высказано предположение, что способность к ренатурации у влажного белка появляется благодаря возникновению в нем после тепловой денатурации достаточно устойчивых интермедиатов, которые при охлаждении белка и переходе его в стеклообразное состояние при комнатной температуре могут существовать сколь угодно долго. Именно возможность "заморозить" промежуточное состояние глобулы и позволила установить способность такого белка ренатурировать при последующем добавлении к нему воды.