СКАНИРУЮЩАЯ КАЛОРИМЕТРИЯ СЛОЖНЫХ БИОЛОГИЧЕСКИХ СТРУКТУР
Шныров В. Л., Жадан Г. Г.
Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, 142292 Пущино
Для исследования термоиндуцированных
конформационных переходов особенно важны методы, основанные на
измерении изменений энергии, сопровождающих эти конформационные
переходы, в частности, калориметрические измерения основных термодинамических
функций. Кроме того, знание значения теплоемкости как функции
температуры позволяет на основе соответствующего алгоритма анализировать
сложные термоиндуцированные превращения на основе модели перехода
между двумя состояниями. Существенным ограничением для такого
типа анализа, однако, является условие существования термодинамического
равновесия в образцах в процессе прогрева. Однако, часто этот
равновесный критерий не выполняется. Процесс денатурации многих
биологических структур является необратимым. В этом случае из
калориметрических измерений не могут быть извлечены значения термодинамических
функций, равно как и информация о надмолекулярной организации
биологических структур. Для такой ситуации мы предложили анализировать
термограммы на основе так называемой процедуры последовательного
отжига. Эта экспериментальная процедура анализа сложных термограмм
применима к полностью или частично необратимым тепловым переходам.
Суть ее сводится к следующему: после нахождения значений максимумов
температуры переходов при первом (обзорном) сканировании аналогичный
образец прогревается в калориметре до температуры на 0,5-1оС
выше температуры первого максимума и затем охлаждается до температуры
начала первого скана. Второй прогрев прекращается на температуре,
на 0,5-1оС превышающей температуру второго перехода,
и образец вновь охлаждается до температуры, с которой начинался
прогрев. Циклы нагревание-охлаждение повторяются до тех пор, пока
не наступит полная денатурация образца. В результате этих последовательных
циклов получается набор кривых. Вычитая каждую последующую кривую
из предыдущей, можно получить начальный участок контура теплопоглощения
для элементарного перехода. Задний фронт может быть достроен,
используя различные типы аппроксимации в соответствии с природой
денатурационного процесса. Окончательная форма контуров элементарных
переходов получается путем подбора коэффициентов их амплитуд для
оптимизации приближения суперпозиции полученных таким образом
контуров к исходной кривой теплопоглощения. В настоящей работе
мы демонстрируем возможности применения процедуры последовательного
отжига для исследования структурной организации различных биологических
систем от мультидоменных белков до вирусов.