Cтраница 2
Для решения этого вопроса целым рядом авторов были поставлены многочисленные эксперименты по изучению гидратации белков в растворах. Одна из основных предпосылок этих опытов состояла в том, что определенная часть воды в белковых растворах рассматривалась как свободная, которая может быть определена различными способами. [16]
Различия в точках зрения в значительной мере могут объясняться тем, что вопросы гидратации белков рассматривались иногда без учета их нативности. В на-тивных белках обнаруживаются различного рода маскирующие эффекты. Например, маскировка может заключаться в медленной реакции группы белка с серебром. Можно представить, что иону серебра труднее проникнуть к SH-группе, если эта группа имеет вокруг себя упорядоченный гидратный слой. Известно, что подвижность одновалентных ионов, например иона лития, в кристаллах льда значительно меньше, чем в воде, и это можно объяснить более упорядоченной структурой его молекул. [17]
Попытки исследовать гидратацию растворенных белков были предприняты еще до того, как было изучено поведение при гидратации сухих белков. При этих исследованиях предполагалось, что часть воды в белковых растворах находится в свободном состоянии, остальная же часть - присоединена к белку. Для определения количества свободной и связанной с белком воды применяются различные методы. Один из них основан на измерении увеличения объема, которое наблюдается при замерзании раствора. Поскольку плотность льда значительно ниже, чем плотность воды, замерзание свободной воды сопровождается отчетливым увеличением объема, которое может быть измерено при помощи дилатометра. Было высказано предположение, что именно эта часть воды и представляет собой гидратную воду. [18]
Поскольку при определении парциального удельного объема допускается, что объем смеси белка с водой равен сумме объемов каждого компонента, то гидратация белка в расчет здесь не принимается. Поэтому оценить степень гидратации по величине о2 не представляется возможным. [19]
В химии белка мы часто встречаемся с необходимостью определить либо степень гидратации сухих белков в атмосфере водяного пара, либо степень гидратации белков, растворенных в больших количествах воды. [20]
Она, кроме того, зависит от рН и ионной силы раствора, а также от тех свойств среды, которые влияют на водородные связи и гидратацию белка. Третичная структура белка возникает в результате дальнейшего изгибания и скручивания полипептидной цепи, уже имеющей вторичную структуру. В некоторых случаях вторичная и третичная структуры всецело определяются первичной структурой белка. Если такие белки подвергать воздействию повышенной температуры или обработать мочевиной, кислотой, щелочью или другими агентами, которые нарушают вторичную и третичную структуру, не затрагивая первичной, то возможно самопроизвольное восстановление их конформации. Примером подобных белков может служить фермент рибонуклеаза. В этом случае последовательность аминокислот в полипептидной цепи определяет даже положение-дисульфидных мостиков, так что если после-воздействия восстанавливающими агентами провести окисление в мягких условиях, то образование поперечных дисульфидных связей происходит в тех же местах, где они были раньше. Другие ферменты необратимо денатурируются даже в относительно мягких условиях. В настоящее время не ясно, каким образом столь лабильная и высокоспецифичная структура, как третичная, возникает во время синтеза ферментного белка на поверхности рибосомы. [21]
В связи с тем, что вода - универсальная среда для биологических реакций, а белки в организмах - основные вещества, связывающие воду, большое значение имеет выяснение вопроса о взаимодействии белков с водой, или гидратация белков. [22]
Эта работа является продолжением предыдущего исследования по системам синтетический полимер - вода и посвящена изучению организации воды в мукополисахаридах. Гидратации белков и полипептидов были посвящены интенсивные исследования [9], но лишь очень немногие работы касались гидратации мукополисахаридов [10-15], хотя их биологическая активность. Например, гомоло хондроитина являются типичными мукополисахаридам, распределенными в соединительной ткани в высоко гидратирован-ном состоянии. [23]
Белковые вещества обладают способностью связывать значительные количества воды - гидратироваться. Важность гидратации белков видна из того, что вода представляет собой универсальную среду биологических реакций. Гидратация состоит в связывании дипольных молекул воды с ионами или ионными группами, а также с диполями или полярными группами; она происходит и в растворах, и в твердых веществах. Значительную гидратацию белков обусловливает наличие на поверхности их молекул большого количества разнообразных полярных, в том числе ионогенных, групп. Количество гидратационной воды, связанной с альбуминами и глобулинами, составляет 0 2 - 0 6 г на 1 г сухого веса белка. [24]
При высокой ионной силе белкового раствора наблюдается конкуренция между белковыми молекулами и ионами соли за молекулы воды. Степень гидратации белка снижается, взаимодействие белок-белок при этом становится эффективнее, чем белок-вода, и белок осаждается. [25]
Литературные данные и результаты экспериментов, обсуждаемые ниже, описывают процесс гидратации белка, при котором вода добавляется к белку до получения раствора. Представление о процессе гидратации белка, который однозначно описывается на основании такого эксперимента, следует различать от концепции гидратационной воды, рассмотренной с различных точек зрения в соответствии с интересами исследователей и характером использованных экспериментальных методов. [26]
Одновременно изменяется и гидратация белка, она наименьшая в изоточке. С изменением формы и гидратации белка связано изменение ряда свойств белков и их растворов. Так вязкость растворов имеет минимум в изоточке, так как плотные клубки оказывают меньшее сопротивление потоку жидкости, чем молекулы в развернутом состоянии. Другие свойства, как растворимость, осмотическое давление, светорассеяние, также имеют минимум или максимум в изоточке. Поэтому определение изо-точки белка возможно как прямыми, так и косвенными методами. [27]
Автор предпочитает другой подход к решению этой проблемы. Причиной того, что осмотическое давление возрастает быстрее, чем концентрация, может являться гидратация белка. Гидратированный белок более концентрирован, чем можно ожидать по расчету, ввиду того что с белком ассоциирована вода. Берк и Гринберг впервые выдвинули это объяснение отклонения от линейности для соотношения давление - концентрация, которое они наблюдали во многих своих опытах. [28]
Эффект высаливания, наблюдающийся при высоких ионных силах, обусловлен, вероятно, конкуренцией между белком и ионами соли за взаимодействие с молекулами воды. При достаточно высоких концентрациях соли число молекул воды, которые могут быть использованы для гидратации белка, существенно уменьшается; взаимодействия белок - белок становятся при этом эффективнее взаимодействий белок - вода, и белок осаждается. [29]
Если по одну сторону мембраны имеются белки, неспособные проникать через нее, то равновесие не может установиться при одинаковом внешнем давлении по обе стороны мембраны. В то время как вода, в которую помещен осмометр, имеет нормальную величину давления пара, активность воды внутри осмометра уменьшается за счет гидратации белков. [30]