О. А. КОРОТИНА, Ю. Ф. КРУПЯНСКИЙ1
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
1Институт химической физики им. РАН, Москва
ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ, ДИНАМИКИ
И ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТОВ
ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ С ХИМИЧЕСКИМИ
ШАПЕРОНАМИ
Представлены результаты изучения структурно-динамической организации ферментов лизоцима и рубонуклеазы в окружении химических шаперонов (гексилрезорцина и метилрезорцина) методами упругого рэлеевского рассеяния мессбауэровского излучения и диффузного рассеяния рентгеновских лучей.
Ферментные белки являются наиболее распространенными и эффективными лечебно-профилактическими препаратами, используемые при инфекционных, онкологических, эндокринных и иных заболеваниях человека и животных. Однако невысокая стабильность белковых макромолекул, определяемая активно протекающими процессами окисления, спонтанного гидролиза, денатурации и др., существенно ограничивает область их практического применения. Другой фундаментальной проблемой является целенаправленное изменение функциональной активности ферментных белков.
Одним из возможных путей стабилизации ферментов является формировании комплекса ферментного белка с низкомолекулярными соединениями – шаперонами [1]. К наиболее изученным химическим шаперонам (ХШ) относятся некоторые аминокислоты, сахара, многоатомные спирты, алкилированные оксибензолы (АОБ). Важным свойством АОБ является интересная и необычная концентрационная зависимость действия АОБ на отдельные ферменты [2], когда низкие концентрации вызывают активацию ферментов, а высокие – их ингибирование.
Для понимания механизма функционирования системы – фермент-ХШ нужно знать структурно-динамические свойства гидратированного фермента в окружении молекул ХШ. С этой целью в работе использовались два метода: рэлеевское рассеяние мессбауэровского излучения (РРМИ) для изучения динамической картины конформационной подвижности [3] и диффузное рассеяние рентгеновских лучей (ДРРЛ) для изучения структуры макромолекулы [4].
В работе обнаружено, что макромолекулы лизоцима и рибонуклеазы, окруженные ХШ (молекулами метилрезорцина или гексилрезорцина) при определенной (малой) концентрации ХШ, повышают свою ферментативную активность. Методом ДРРЛ исследовано влияние метилрезорцина и гексилрезорцина на структуру лизоцима и рибонуклеазы при различных концентрациях ХШ. Наиболее значительное изменение мотива укладки глобулы рибонуклеазы происходит при комбинированном действии 40 молекул гексилрезорцина и гидратации. Если сравнивать с лизоцимом, то следует сделать вывод, что мотив укладки в рибонуклеазе меняется существенно меньше, чем в лизоциме. По данным фурье-анализа интенсивностей ДРРЛ, как для лизоцима, так и для рибонуклеазы метилрезорцин более сильно воздействует на систему белок-вода, чем гексилрезорцин, делая систему белок – ХШ – вода более рыхлой и менее упорядоченной. Данные доли упругого РРМИ подтверждают предыдущее наблюдение, так как амплитуды среднеквадратичных флуктуаций оказываются значительно сильнее в случае действия метилрезорцина. Совокупность перечисленных экспериментальных данных и компьютерное моделирование системы белок - вода - химический шаперон дают основания полагать, что для больших концентраций ХШ имеет место так называемая предпочтительная гидратация белка [5]. Эффект предпочтительной гидратации позволяет объяснить наблюдаемую стабилизацию фермента и стабилизацию функции.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ .
Список литературы
1. , и др. Механизм действия алкилоксибензолов на физико-химические свойства белков // Сб. докладов всероссийской научно-технической конференции-выставки «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации». М., 2003. С. 195-199.
2. Kolpakov, A. I., Il’inskaya, O. N., Bespalov M. M. et al. Stabilization of enzymes by dormancy autoinducers as a possible mechanism of resistance of resting microbial forms // Microbiology (Russia). 20Р. 180-185.
3. Goldanskii V. I., Krupyanskii Yu. F. Protein and protein-bound water dynamics studied by RSMR // Quart. Rev. of Biophysics. 1989. V. 22. Р. 39-92.
4. Крупянский Ю.Ф., Ещенко Г.В., Есин С.В., Михайлюк М.Г., Ветров О.Д., Коротина О.А. и др. Изучение изменения структуры белков при их гибратации методом диффузного рассеяния рентгеновских лучей (ДРРЛ) I. Интенсивность и форма «10-ангстремного» максимума // Биофизика. 2005. Т. 50. В. 6. С. 1002 – 1012.
5. Gekko K., Timasheff S. N. Mechanism of Protein Stabilization by Glycerol: Preferential Hydration in Glycerol-Water Mixtures // Biochemistry. 1981. № 20. Р. .
