CТРУКТУРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НАТИВНОГО И ПРОМЕЖУТОЧНЫХ СОСТОЯНИЙ ЛИЗОЦИМА МОЛОКА ЛОШАДИ
Емельяненко В. И., Кузнецова С. М., Морозова-Рош Л. А., Филимонов В. В.
Институт Теоретической и Экспериментальной Биофизики РАН, 142292 Пущино; *Институт Белка РАН, 142292 Пущино
Для выяснения механизмов
сворачивания полипептидной цепи в нативную конформацию особое
внимание уделяется исследованию структурных и термодинамических
свойств интермедиатов в равновесных условиях. Объект нашего исследования -
лизоцим молока лошади (ЛЛ) - структурно гомологичен хорошо
изученным белкам: другим лизоцимам с-типа (chiken type) и a-лактальбумину.
ЛЛ интересен тем, что, в отличие от большинства других лизоцимов,
он является кальций-связывающим белком, а разворачивание его происходит
в два этапа. Проведено исследование спектральных и термодинамических
свойств ЛЛ с использованием кругового дихроизма, собственной триптофановой
флуоресценции, флуоресценции гидрофобного зонда АНС и дифференциальной
сканирующей микрокалориметрии в присутствии и отсутствие Са2+
(апо- и холоформы) и в кислом состоянии (А-форма). Усиление интенсивности
флуоресценции АНС в комплексе с апоформой белка при pH=4,5 в сравнении
с холоформой показывает, что гидрофобные поверхности более доступны
растворителю в апоформе. Спектры КД при pH=4,5 обнаруживают небольшое
снижение асимметрии окружения ароматических остатков после удаления
Ca2+. pH-зависимость триптофаниловой флуоресценции
демонстрирует, что константа диссоциации карбоксильных групп белка
больше в апоформе, чем в холоформе, и что в апобелке одна из карбоксильных
групп изменяет свое состояние. Изменение интенсивности флуоресценции
апобелка в интервале рН 5-8 с рКa=6,2 и отсутствие
перехода в этой области рН в холоформе показывает, что остатки
гистидина и глутаминовой кислоты могут влиять на триптофановую
флуоресценцию белка только в апосостоянии. Компонентный анализ
спектров триптофановой флуоресценции в присутствии тушителей показал,
что при рН 4,5 доступность константы Штерна-Фольмера для наружных
(незащищенных) остатков триптофана как при тушении акриламидом,
так и иодид-ионом не изменяются, но для погруженных остатков константа
возрастает в 3 раза для апоформы в сравнении с холоформой для
иода. В кислом состоянии (А-форме) при рН 2 константа Штерна-Фольмера
тушения ионами иода внутренних остатков триптофана оказалась меньше,
чем в апоформе при рН 4,5, что указывает на то, что при рН 2 часть
остатков триптофана находится в более жестком и менее доступном
воде гидрофобном окружении, чем в апоформе, хотя увеличение интенсивности
флуоресценции гидрофобного зонда АНС и спектры КД указывают, что
молекула ЛЛ обладает всеми свойствами "расплавленной глобулы".
По данным дифференциальной сканирующей микрокалориметрии, ЛЛ в
широком диапазоне экспериментальных условий с повышением температуры
разворачивается в две последовательные кооперативные стадии. Энтальпия
плавления и температура максимума первого пика сильно зависят
от концентрации Са2+ (возрастают при ее увеличении).
Так как Ca2+-связывающий центр находится в b-домене
молекулы ЛЛ, первый пик ассоциируется с плавлением b-домена. Однако
большая величина энтальпии первого перехода в сравнении с энтальпией
второго перехода позволяет предположить, что низкотемпературный
пик кривой теплопоглощения относится не только к разворачиванию
b-домена, но и к разрушению контактной области между доменами.
При увеличении концентрации кальция низкотемпературный пик сдвигается
в область высоких температур с увеличением энтальпии.В присутствии
30 мМ Са2+ температуры максимумов двух переходов совпадают
и ЛЛ разворачивается почти так же кооперативно, как лизоцим белка
куриного яйца. Таким образом, в работе показано, что в состоянии
расплавленной глобулы часть ароматических остатков триптофана,
расположенных в различных участках полипептидной цепи, находится
в гидрофобном ядре и менее доступна молекулам воды, чем в нативном
состоянии. При высокой концентрации Са2+ образуется
область, так стабилизирующая структуру молекулы, что ЛЛ плавится
как единая кооперативная система.