Жизнь микробов в экстремальных условиях - Кашнер Д.
Скачать (прямая ссылка):
модействий), играющих важную роль в определении структуры белка, следует особо подчеркнуть значение воды. Высокая диэлектрическая постоянная воды и ее способность к образованию водородных связей заметно снижают прочность ионных н водородных связей и усиливают неполярные взаимодействия, обычно обозначаемые как гидрофобные. Температура оказывает на эти взаимодействия как прямое влняиие, так и косвенное через посредство растворителя. При переходе от температур, при которых обычно развиваются мезофилы, к температурам, характерным для развития термофилов, ионные и водородные связи в результате прямого эффекта ослабляются, но одновременно снижается и диэлектрическая постоянная воды, что приводит к усилению взаимодействий указанных типов. Напротив, повышение температуры должно усиливать неполярные взаимодействия, которые, как считают, достигают своего максимума в воде при температуре около 60°С. Суммарный эффект повышения температуры должен выражаться в ослаблении ионных и водородных связей и в усилении гидрофобных взаимодействий при повышении температуры вплоть до 60°С. Однако Бренде (Brandts, 1967), исходя пз модели, основанной на представлении о том, что фермент может находиться в двух состояниях, рассчитал, что в случае химотрипсииогепа стабилизация, обусловленная водородными связями, должна оставаться постоянной при нагревании фермента от 0 до 70°С, а гидрофобные взаимодействия в длинных боковых цепях должны быстро усиливаться при повышении температуры до 75°С, а затем медленно снижаться.*
в. Гидрофобность и термостабильность. Так как при температурах развития термофилов должны усиливаться гидрофобные взаимодействия, естественно сделать вывод о том, что термофильные белки должны содержать большое число неполярных боковых цепей. Синглетоп и Амелунксен (Singleton, Amelunxen,, 1973) рассчитали относительную гидрофобность, NPS, Н 0ср и р для И термофильных и 39 нетермофильных ферментов и не нашли корреляции между их термостабильностью и гидрофоб-ностыо. Бул и Бриз (Bull, Breese, 1973) связали средний объем аминокислотных остатков с одним из параметров гидрофобности и установили четкую зависимость между полученной величиной и температурой перехода для 14 нетермофильных белков. Однако когда они использовали свой параметр для характеристики двух мезофильных и двух термофильных енолаз, наиболее стабильный фермент из. Т. aquaticus оказался, согласно этому критерию, наиболее нестабильным. Синглетон (Singleton, 1976) произвел тщательную оценку всех параметров, связанных с измерениями гидрофобности на основе аминокислотного состава термофильных и нетермофильных белков и не обнаружил замет-
ной корреляции между гидрофобностью и термостабильностью. Как отметил Бигелоу (Bigelow, 1967), его параметр (#0Ср ) хорошо коррелирует с NPS, но не с р. Автор объяснил это разным подходом к решению вопроса о том, какие боковые цепи считать полярными, а какие — неполярными. Он признал также, что #0Ср не может служить точной мерой того вклада, который вносят гидрофобные взаимодействия в стабильность ферментов, но считал, что данный параметр очень близок к истинной величине. Независимо от того, насколько точно эти три параметра отражают истинный вклад гидрофобных взаимодействий в термостабильность белков, они достаточно хорошо характеризуют гидрофобность белков и показывают, что в этом отношении между мезофильными и термофильными белками не существует различий. Однако указанные параметры представляют собой лишь относительные величины, основанные на аминокислотном составе белка, и поэтому не исключена возможность, что повышенная термостабильность -некоторых участков термофильных белков возникает в результате их стабилизации дополнительными гидрофобными взаимодействиями.
г. Водородные связи и терто стабильность. Барнес и Стелва-геи (Barnes, Stellwagen, 1973) сравнили аминокислотный состав енолазы из двух термофильных и двух мезофильных источников и обнаружили положительную корреляцию между термостабильностью этих белков и увеличением числа аминокислотных остатков, которые, по их мнению, могут образовывать водородные связи. Однако некоторые из аминокислот, включенные авторами в этот перечень, например триптофан, метионин и цистеин, вряд ли способны участвовать в образовании водородных связей; кроме того, в списке нет лизина, хотя аргинин в нем указан. Сузуки и Имахори (Suzuki, Imahori, 1974) произвели аналогичные расчеты для фосфоглицераткиназы и установили, что термофильный белок располагает меньшими возможностями для образования водородных связей. Кейс и Стелваген (Case, Stellwagen, 1975) вычислили этот параметр для фосфофруктокиназы одной термофильной и двух мезофильных бактерий и не нашли различий между ними. Кроме того, сравнение процентного содержания аминокислот разных типов в а-амилазе (Hasegawa et al., 1976) и фосфоглицераткиназе (Suzuki, Imahori, 1974) не обнаружило сколько-нибудь значительной разницы между белками из мезофильных и термофильных организмов. Так же как и в случае параметров гидрофобности, эти измерения лишь показали, что общая способность к образованию водородных связей у мезофильных и термофильных белков одинакова, однако они не исключили возможности того, что некоторые участки молекул термофильных белков стабилизированы дополнительными связями.
