Энтальпия денатурация

Таблица 4.12. Величины энтальпии денатурации АрА по данным различных методов

Разрушение нативной глобулы — денатурация белка — отличай от перехода глобула — клубок, описанного в 3.5. Гетеро-полимерный статистический клубок является лишь конечным, отдаленным результатом денатурации. Белковая цепь сравнительно коротка, глобула не имеет флуктуирующей опушки . Превращение такой глобулы в клубок должно быть фазовым переходом второго рода. Однако при термической денатурации белка наблюдаются разрывы, энтальпии и энтропии — АЯ и AS. Характерные значения для разностей АН и TAS порядка 400 кДж/моль. [c.117]

Пространственное строение исследованных белков известно, н можно подсчитать энтальпию денатурации, приходящуюся на моль водородных связей. Для всех трех белков эта величина составляет 1,4—1,5 ккал/моль связей. Отсюда Привалов делает вывод об определяющем значении водородных связей в процессе [c.243]

Изучение процесса сворачивания — разворачивания белков позволяет понять, какие факторы определяют формирование иативной структуры этих молекул. Обратимая денатурация белков обычно является кооперативным процессом. Результаты многих термодинамических экспериментов можно объяснить в рамках модели двух состояний, где в качестве одного состояния выступает нативная структура, а другого — набор статистических клубков, известный как денатурированная форма. Для более глубокого проникновения в механизм формирования белка и процесса перехода (нативная структура) — (денатурированное состояние) применялись различные физические методы. Расхождения в результатах, полученных разными методами, можно объяснить образованием стабильных промежуточных состояний в процессе формирования структуры белка. Весьма полезным подходом является сравнение калориметрически измеренной полной энтальпии денатурации с энтальпией, полученной с помощью соотношения Вант-Гоффа по результатам измерения физических параметров (например, поглощения света) в процессе тепловой денатурации. Прн наличии промежуточных состояний первая величина будет больше второй. [c.236]

Энтальпия и температура денатурации белка сильно зависят от pH среды, что свидетельствует о существенной роли электростатических эффектов. Так, например, миоглобин прп pH 12 [c.118]

Температуры и энтальпии денатурации в ккал/моль белка при разных значениях pH [c.244]

В таблице 8 приведена температурная зависимость скоростей тепловой денатурации р-лактоглобулина [7]. Найти энергию активации денатурации, а также значения стандартных энтальпии и энтропии активации реакции. [c.71]

При денатурации не происходит разрыва ковалентных связей, рвутся лишь водородные и другие слабые связи, участвующие в стабилизации конформации фермента, соответствующей активной форме. Хотя все эти связи существенно слабее ковалентных (знергия водородной связи составляет 20 кДж моль в то время как энергия ковалентной связи равна приблизительно 400 кДж -моль ), следует учитывать, что денатурация обычно сопровождается разрывом большого числа слабых связей. Позтому стандартное изменение энтальпии (АЯ°) для реакции денатура- [c.156]

Щелочная денатурация белков, приведенных ниже, характеризуется следующими значениями энтальпии и энтропии активации [c.71]

Глобулярная пространственная структура белков в значительной мере стабилизована гидрофобными взаимодействиями неполярных аминокислотных остатков. Энтальпия перехода из развернутого состояния в свернутое невелика, уменьшение же энтропии при переходе развернутой полипептидной цепи в свернутое компактное состояние компенсируется выигрышем энтропии в результате сокращения контактов неполярный остаток — вода. Процесс денатурации можно рассматривать как изменение окружения неполярных аминокислотных остатков от неводного окружения к водному. При этом резко увеличивается число контактов неполярных боковых групп с молекулами воды, что должно вызывать дополнительное структурирование воды и приводить к возрастанию свободной энергии системы. Возникновение множества случайных межмолекулярных гидрофобных взаимодействий, осуществляющихся при столкновениях денатурированных макромолекул, приводит к снижению свободной энергии системы. В результате протекающих при этом процессов макромолекулы белков частично теряют растворимость и в растворах появляются агрегаты макромолекул, накопление которых обусловливает в дальнейшем возникновение прочных объемных дисперсных структур [301, 302]. [c.130]

На основании результатов исследования тепловой денатурации 7-глобулина по изменению удельного оптического вращения и оптической плотности при разных температурах [161] были определены изменения энтальпии конформационных переходов (АЯ). Полученные величины АН показывают, что связывание углеводородов белками приводит к увеличению теплоты денатурации или, что то же самое, к повышению устойчивости нативной глобулярной конформации белка по отношению к денатурации теплом. При этом связывание 7-глобулином гептана увеличивает теплоту денатурации на 10 ккал/моль (от 55 до 65 ккал1молъ), связывание декана и тетрадекана — от 55 до 57 ккал1моль. Этот факт очень хорошо объясняется особенностями заполнения глобул белка этими углеводородами, что будет рассмотрено ниже. Спектрофотометрическое исследование тепловой денатурации 7-глобулина также показало повышение устойчивости молекулы белка в ре- [c.31]

Как и при интерпретации влияния солей на водные растворы, основное внимание следует обращать на изменение свободной энергии системы при добавлении неполярных веществ к водным растворам интерпретация этого явления непосредственно с точки зрения структурной модели может оказаться ошибочной. Так, структурная модель дает приемлемое объяснение солюбилизации гидрофобных соединений под действием спиртов алкилзамещенных аминов и мочевин. Если одно растворенное вещество увеличивает структурированность раствора, можно было бы ожидать, что оно должно облегчать введение молекул другого подобного вещества. С другой стороны, структурирующая способность вещества совершенно необязательна для того, чтобы оно было в состоянии солюбилизировать гидрофобные соединения в воде. Уже отмечалось, что один из возможных механизмов денатурации белков и нуклеиновых кислот под действием мочевины заключается в стабилизации гидрофобных боковых цепей аминокислот и оснований нуклеиновых кислот при увеличении их контакта с растворителем, что проявляется в увеличении растворимости и уменьшении коэффициента активности этих групп в присутствии мочевины [31, 32, 35]. Спирты, ацетон и подобные им вещества разрушают гидрофобные связи и способствуют денатурации аналогичным образом. Однако мочевина, вероятно, не обладает структурирующим действием, по крайней мере в том смысле, как это понимается для неполярных молекул мочевина очень слабо влияет на большинство свойств воды и либо практически не изменяет структуру воды, либо, из данных по поглощению ультразвука, несколько ее разрушает [85]. Данные по энтальпии и теплоемкости растворов веществ с гидрофобными группами, а также исследования спектра ультразвуковой релаксации полиэтиленгликоля в воде и растворах мочевины указывают на то, что энергетически более благоприятное взаимодействие гидрофобных групп с мочевиной, чем с водой, связано с уменьшением структурированности воды вокруг гидрофобных групп [85, 86]. Таким образом, разрушение гидрофобных связей под действием мочевины или спирта нельзя объяснить одним и тем же механизмом с точки зрения структуры растворителя, хотя по свободной энергии эффекты соединений этих двух типов одинаковы. Возможно, что мочевина создает более благоприятное окружение для гидрофобных групп, находящихся в пустотах струк- [c.328]

Т1 — температура начала процесса плавления, — температура максимума теплопоглощения ( температура плавления ), Тг — температура конца процесса плавления, А.Н — энтальпия плавления, — возможное изменение теплоемкости после тепловой денатурации [c.179]

Было показано, что молекула белка может претерпевать обратимые конформационные переходы в частично дезорганизованное состояние не только при нагревании, но и охлаждении раствора (Привалов). В этом состоянии (холодовая денатурация) нарушена третичная структура, видимо, за счет уменьшения гидрофобных взаимодействий при охлаждении. При нагревании, наоборот, увеличение диссипативных сил происходит быстрее, чем гидрофобных, что вызывает денатурацию. В обоих случаях денатурация осуш ествляется как кооперативный переход между двумя состояниями — нативным и денатурированным — по принципу все или ничего . Однако при тепловой денатурации энтальпия и энтропия белка растут, а при ХОЛОДОВОЙ денатурации они уменьшаются. [c.180]

Пример 1.10 [1]. По значениям энтальпии и энтропии активации реакции щелочной денатурации ряда белков (табл. 1.9) найти температуру, при которой все константы скоростей денатурации будут равны по величине. [c.59]

Энтальпии и энтропии активации реакции денатурации ряда белков [c.59]

Теоретический расчет структуры тропоколлагена исходит из минимизации конформационной энергии и учитывает стабилизующую роль молекул воды (Туманян). Этот расчет дает результаты, согласующиеся с опытом. Тропоколлаген испытывает тепловой переход — денатурацию — в растворе. В зависимости от вида позвоночного температура денатурации Т меняется от 20 до 40°С, энтальпия денатурации — от 3150 до 6300 Дж/моль, энтропия — от 10,9 до 21 Дж/(моль К) (калориметрические данные). Температура Гд, Н и Л5 возоастают.с увеличением содержания иминокислотных остатков Про, Опро, которые не образуют внутримолекулярных водородных связей С = 0 — —Н—N. По-видимому, тропоколлаген действительно стабилизуется соседними молекулами воды, образующими водородные связи с иминными атомами азота N — Н—О. Удаление воды при- [c.127]

К заключению о правомерности использования модели двух состояний склоняют также данные прецизионных измерений П.Л. Привалова и H.H. Хечинашвили тепловых эффектов (ДН) тепловой денатурации метмиоглобина, а-химотрипсина, рибонуклеазы, лизоцима и цитохрома с [39]. Для этих белков отношение ДН /ДН (ДН — зависящая от принятой модели вант-гоффовская энтальпия) равно 1,05 0,03. Отклонение весьма незначительно, и поэтому денатурацию пяти белков можно рассматривать в первом приближении как кооперативный переход между двумя количественно разными макроскопическими состояниями, при котором промежуточные формы неустойчивы и присутствуют в незначительных количествах. Двухстадийный процесс денатурации, согласно П.Л. Привалову [40] и Т. Крейтону [18], обычно имеет место у однодоменных белков. [c.350]

Исследования показали, что предельные углеводороды значительно увеличивают ЛЯ тепловой инактивации трипсина (от 62 для чистого трипсина до 74 ккал моль в присутствии додекана). Таким образом, при связывании углеводородов глобулярными белками в водных растворах температура денатурации возрастает на 4—10°, а энтальпия денатурации увеличивается на 2— 10 ккал1молъ. Повышение термостабильности глобул белка зависит как от степени занолнения гидрофобных областей молекулами углеводородов, так и от природы углеводорода и связывающей неполярной области. [c.32]

Имеется еще одно возражение против гипотезы о расплавленной глобуле, использующейся вместе с аппаратом равновесной термодинамики и формальной кинетики для объяснения экспериментальных фактов. Конкретной теоретической основой интерпретации данных о денатурации служит термодинамическая теория двух состояний Брандтса [12, 13]. Как уже отмечалось, белковая молекула в растворе, согласно этой теории, может быть представлена большим количеством микросостояний. Все они входят в состав либо распределения N (нативное макросостояние белка), либо О (денатурированное макросостояние). Теория Брандтса сделала возможным относительно простой термодинамический анализ конформа-ционного перехода N — О в предположении, что реализующиеся микросостояния не являются чем-то вновь созданным, а присутствуют в распределении N и О. Это означает, что в теории постулируется отнюдь не очевидное положение об отсутствии новых промежуточных конформационных состояний в области перехода N - О. Следовательно, главный критерий справедливости теории двух состояний Брандтса состоит в требовании отсутствия максимумов, минимумов и потенциальных ям в наблюдаемых изменениях энтальпии и энтропии при переходе от О к N (и наоборот). Иными словами, если образование трехмерной структуры белка происходит, как того требует теория двух состояний, путем постоянного усложнения и приближения к нативному состоянию, то изменения энтальпии, энтропии и свободной энергии по ходу ренатурации должны быть монотонными. Отсутствие экстремумов означает отсутствие между нативной структурой и статистическим клубком метастабильных промежуточных состояний. Механизм сборки белка проходит в этом случае в одну стадию. А теперь обратимся вновь к обсуждаемой гипотезе о расплавленной глобуле в которой постулируется образование на пути к нативной структуре близкое к ней промежуточное состояние. При существовании достаточно устойчивых обнаруживаемых экспериментально интермедиатов зависимости изменений энтальпии, энтропии и свободной [c.85]

Возможность использования изменений энтальпии (Д//) и энтропии (Д ) для понимания природы биохимических реакций моншо проиллюстрировать на примере изучения температурной зависимости денатурации белков. В табл. 7 приведены термодинамические параметры денатурации химотрипсина, трипсина и ингибитора трипсииа. Изменения энтропии при денатурации этих белков необычно велики (для болыяинства реакций денатурации величины Д5 лежат в пределах от -1-10 до —30 энтр. ед1молъ)] столь сильные изменения энтропии красноречиво свидетельствуют о весьма высокой стенени структурной организации этих белков в нативном состоянии и об утрате этой организации в результате тепловой денатурации. [c.35]

Как и в кинетике химической, исследования зависимости скорости реакции от темп-ры в интервале, когда не наблюдается тепловой денатурации Ф., позволяют оценивать энергетич. характеристику процесса, важную для понимания механизма действия Ф. Трудность интерпретации экспериментальных данных зависимости стационарной скорости реакции от темп-ры связана с тем, что ферментативные реакции представляют сложные последовательные процессы. Если измеряемая скорость лимитируется к.-л. одной из последовательных реакций, нанр. если ею является максимальная скорость реакции, определяемая одноступенчатым распадом фермент-субстратного комплекса К=А+г[Е]о, то исследование зависимости V= Т) позволяет оценить энергию активации этой стадии реакции. При возможности измерения констант скорости отдельных стадий реакции при различных темп-рах могут быть оценены соответствующие величины энергии активации. Изучение зависимости константы субстрата (К ) от темп-ры позволяет оценивать термодинамич. константы образования ЕВ-комплекса (ДЯ, АР, А8). Применение теории абс. скоростей реакций (теории переходного состояния) при анализе кинетики нек-рых ферментативных реакций позволило оценить энтальпию, энтропию и свободную энергию активации. Общий вывод из относительно небольшого пока числа таких исследований состоит в том, что высокая каталитич. активность Ф. объясняется как существенным снижением энергии активации, так и значительным благоприятным изменехгнем энтропии системы в ходе реакции. [c.210]

Денатурация является эндотермическим процессом, связанным с довольно большими положительнылш изменениями АН (например, для трипсина АЯ = 67600 кал моль). Рост энтальпии можно объяснить затратой энергии на изменение пространственного расположения части звеньев цепи и перегруппировкой некоторых молекулярных связей, что приводит к заметным изменениям ряда физических, химических и биологических свойств белковых молекул. Если оценить значение энергии водородной связи белковой молекулы в водном растворе в 2000 кал1моль, то получим, что значение АН покрывается разрывом нескольких десятков таких связей. [c.185]

Изменение устойчивости нативной конформации с изменением природы растворителя позволяет объяснить относительное значение различных факторов, определяющих третичную структуру белков. Стремление неполярных сорастворителей к денатурации водных растворов белков является сложным процессом. Когезия неполярных остатков в водной среде, с одной стороны, стабилизует спиральную конформацию, а с другой стороны, может быть основной причиной образования многих изгибов, посредством которых спиральные участки полипептидной цепи складываются в компактную структуру глобулярных белков в нативном состоянии. Уменьшение полярности среды может поэтому привести к уменьшению содержания спиральных конформаций [381, 390, 391] до того, как они разрушатся окончательно. Действие мочевины или солей гуанидина лишь частично объясняется разрушением гидрофобных связей. Было показано, что водный раствор мочевины является лучшим растворителем для неполярных веществ, чем сама вода [392]. Однако было также обнаружено, что водный раствор мочевины или солянокислого гуанидина оказывает специфическое сольватирующее действие па скелет полипептидной цепи, которое имеет совершенно другие характеристики, чем солюбилизация углеводородных остатков [393]. Наконец, уменьшение устойчивости нативной формы глобулярных белков с увеличением температуры доказывает, что разрушение третичной структуры является эндотермическим процессом, в то время как разрыв гидрофобных связей должен протекать экзотермически. Это приводит к выводу [394] о том, что знак измененля энтальпии определяет какой-то другой процесс,— возможно, разрыв водородных связей, сопровождающий разворачивание полипептидной цепи. [c.137]

Уравнения (Х].99) и (ХМОО) показывают, что скорость реакции определяется не теплотой активации, а изменением изобарного потенциала прн пере.ходе к активному комплексу. Энтальпия АН может компенсироваться величиной А5. Действительно, известны реакции, например денатурация белков, для которых АН оказывается очень большим. П тем не менее эти реакции протекают быстро. Ускорение обусловлено большой энтропией активации Д5 [c.335]

Температурная денатургщия. Белковые глобулы претерпевают переходы типа порядок - беспорядок в относительно малом интервале возмуш аюш ей переменной (температура) и в этом смысле напоминают фазовые переходы первого рода. Простая термодинамическая трактовка температурных переходов биополимеров состоит в том, что денатурацию рассматривают как обычную мономолекулярную реакцию перехода из нативной формы А в денатурированную форму В А В. В прямых калориметрических измерениях тепловых эффектов определяют изменение энтальпии, сопровождаюш ее эти переходы. Простейшая термодинамическая интерпретация калориметрических данных основана на уравнении Кирхгофа зави- [c.178]

Изменение теплоемкости АСр и энтальпии АН в области тепловой денатурации биополимеров (по Г. М. Мревлишвили, 1981) [c.179]

Чувствительность современных микрокалориметров такова, что они регистрируют изменение теплового потока до 10 Вт. На рис. VII. 10 приведены типичные кривые изменения энтальпии АН и теплоемкости в области тепловой денатурации биополимеров. Весь температурный интервал (Т1,Т2) разделяется на две области денатурационную (Т4,Т2) и неденатурационную (Г1,Г((). Внутри каждой из этих областей соотношение форм А VI В меняется в каждой точке перехода в зависимости от температуры образца. В процессе тепловой денатурации происходит изменение теплоемкости биополимера при переходе его от нативного (спиральное, глобулярное) состояния в денатурированное (клубкообразное). Изменение энтальпии этого перехода вычисляется по формуле [c.179]

Для оценки размеров конформационных изменений при денатурации белков наиболее удобной характеристикой является энтропия. Чем больше развернулась белковая цепь, чем резче переход порядок— беспорядок и чем ближе состояние цепи подошло к статистическому клубку, тем выше значение энтропии. В отношении этого фактора два рассматриваемых нами термодинамических состояния находятся как бы на разных полюсах. Однако в системе белок—среда возрастание конформационной энтропии при развертывании полипептидной цепи в значительной степени компенсируется ее отрицательным изменением вследствие погружения неполярных атомных групп в воду (эффект гидрофобных взаимодействий). Среднее изменение конформационной энтропии в расчете на один остаток при переходе из нативного состояния в денатурированное колеблется от 2 до 6 ккал/(моль град) [28—30]. По существу, эта величина составляет энтропийную стабилизацию развернутого состояния. Устойчивость компактной глобулы характеризует энтальпия. По данным С. Чотиа [12], среднее значение изменения энтальпии на один остаток при том же переходе составляет 2,5—3,0 ккал/моль. Для нативной конформации лизоцима была получена общая энергия стабилизации 28—36 ккал/моль, причем наиболее существенный вклад (около половины) вносят гидрофобные взаимодействия. Разность свободной энергии между нативным состоянием и денатурированным, или общая стабильность функционирующего в физиологических условиях белка, составляет, согласно К. Тэнфорду [31], К. Пейсу [32] и П.Л. Привалову [33], от 4,0 до 15,0 ккал/моль. Это есть малая разность больших чисел. [c.347]

Денатурационная теория белков Брандтса, как отмечалось, основана на идее наличия двух состояний, каждое из которых представлено определенным распределением своих микросостояний. Теория позволяет предсказать свойства макросостояний в области перехода в предположении, что микросостояния, реализующиеся в этой области, не являются чем-то вновь созданным, а присутствуют в распределении N и В. В теории постулируется отнюдь не очевидное положение об отсутствии новых промежуточных конформационных состояний в области перехода. В связи с этим в каждом конкретном случае требуется критическое отношение к возможности описания процесса денатурации с помощью теории двух состояний. В общем случае, когда переход не отвечает схеме двух состояний, не должно быть совпадения значений изменения энтальпии (ДН ), рассчитанной, согласно Вант-Гоффу, по температур- [c.349]

Теперь можно сопоставить результаты термодинамического и кинетического исследования денатурации лизоцима и цитохрома с. П.Л. Привалов и H.H. Хечинашвили не выявили различия в механизме свертывания и развертывания этих белков [39]. Наблюдая хорошее совпадение вант-гоффовской энтальпии и тепловых эффектов, авторы сделали заключение об одинаковом механизме денатурации лизоцима и цитохрома с и соответствии механизма модели двух состояний. Кинетическое исследование денатурации этих же белков Икай и Тэнфордом с использованием гуанидингидрохлорида, независимо от отношения к трактовке авторов полученных данных, не дает оснований для такого вывода. Расхождение в термодинамической и кинетической оценках механизма денатурации цитохрома с тем более существенно, что, как было показано позднее Т. Тсонгом, этот белок даже в концентрированном растворе гуанидингидрохлорида не полностью денатурирован. [c.353]

Термодинамика процесса денатурации лизоцима, как и некоторых других белков, была детально охарактеризована П.Л. Приваловым [40]. В его работе с У. Пфейлем была обнаружена высокая чувствительность энтальпии и энтропии развертывания белковой цепи к температуре, что, согласно закону Кирхгофа, должно свидетельствовать о различии в теплоемкостях свернутого и развернутого состояний [100]. Это видно из рис. III.13, где представлены зависимости эн-тальпийных (Н°) и энтропийных (TS°) вкладов в свободную энергию свернутой и развернутой форм лизоцима. Более высокое значение теплоемкости развернутого состояния, по мнению Привалова, Пфейля и других исследователей [100-103], связано прежде всего с температурнозависимым упорядочением молекул воды вокруг неполярных остатков, более доступных в этом случае. На рис. 111.13 показаны также температурная зависимость свободной энергии Гиббса (G°) двух состояний и температурная зависимость разности ДО = [c.379]

Из того факта, что плато есть свойство липейпой зависимости j, от Т, следует важное следствие. Скачок теплоемкости Лс,, при температуре денатурации меняется как с измеж пием pH, так и с измеиением Та- В частности, для R N кашалота в щелочной области Лг,, уменьшается со сдвигом pH в сторону нейтрального значения. В результате, если измеиеиия энтальпии с увеличением Г и происходит, то во всяком случае не столь значительные, как это следует из работь [4]. [c.114]

Развитие сканирующей микрокалориметрии позволило прямо и с высокой точностью измерять изменение энтальпии в процессе денатурации для многих белков (обсуждение вопросов калориметрии см. в Дополнении 21.1). Вьщающихся успехов в этой области достигли П. Л. Привалов и сотр. в Советском Союзе. На рис. 21.8 суммируются калориметрические данные, полученные при денатурации рибонуклеазы. лизоцима. химотрипсина и миоглобина. Изменения энтальпии приведены в расчете на 1 г и обозначены через АН. Во [c.218]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология