Калориметрическое проявление конформационных и релаксационных переходов в системах глобулярный белок-вода

• Автор: Грунина, Наталья Александровна
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 150 с. : ил.

О Г Л А В Л Е Н И Е.
Введение
ГЛАВА I.
ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.
§1.1. Денатурация белков
§ 1.2. Постденатурационное телеобразование биополимеров
§1.3. Процесс стеклования и его калориметрическое проявление
в синтетических полимерах
§ 1.4. Процесс стеклования в биополимерах
§ 1.5. Теплоёмкость глобулярных белков при различном
содержании воды в системе белок-вода
ГЛАВА И.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА.
§ 2.1. Особенное™ метода дифференциальной
сканирующей калориметрии (ДСК)
§ 2.2. Определение тепловых характеристик исследуемых процессов,
а также ошибок измерения в методе ДСК
§ 2.3. Материалы и приготовление образцов
ГЛАВА III. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.
§3,1. ДСК исследование процесса денатурации глобулярных белков
при различном содержании воды
§3.2. Исследование постденатурационных структур
в миоглобине, лизоциме и рибонуклеазе
§3.3. Стеклование глобулярных белков
§3.4. Теплоёмкость глобулярных белков
в растворе, геле и обезвоженном состоянии
§3.5. О способности денатурированного теплом влажного глобулярного белка к ренатурации
при последующем растворении
Заключение
Литература

В В Е Д Е Н И Е
Диссертационная работа в целом посвящена изучению методом дифференциальной сканирующей микрокалориметрии (ДСК) основных конформационных и релаксационных переходов таких, как денатурация, ренатурация, плавление и образование гелей, стеклование,- в системе глобулярный белок-вода в широкой области изменения концентраций воды и температур. Исследования различными физико-химическими методами переходов, связанных с изменениями структуры, агрегатного состояния и молекулярной подвижности вещества, по-прежнему занимают одно из центральных мест в круге проблем, решаемых современной молекулярной физикой и биофизикой. Дифференциальная сканирующая калориметрия, сочетая в себе достаточно высокую чувствительность и ширину температурного диапазона проводимых измерений с быстротой получения информации и относительной простотой эксперимента, является в настоящее время одним из наиболее широко применяемых методов для решения подобных задач. Поскольку теплоёмкость отражает основополагающую связь между макроскопическими свойствами вещества и его микроскопической природой, её измерение позволяет непосредственным образом получать ценную информацию об изменениях молекулярной подвижности в исследуемой системе и о термодинамике индуцируемых теплом структурных перестроек, что, в свою очередь, позволяет глубже понять молекулярную природу многих физических явлений.
Большой интерес к изучению любых происходящих в белках конформационных и релаксационных переходов при изменении температуры обусловлен, прежде всего, тем, что такого рода исследования способствуют дальнейшему развитию и углублению фундаментальных представлений как о возможных состояниях биополимера, так и о природе переходов между ними. К числу' самых удивительных среди них. механизм которого до сих пор остаётся до конца не раскрытым, относится процесс самоорганизации биомакромолекулы, т.е. образование уникальной нативной пространственной структуры белка

явление, ко второй - теории, основанные на термодинамической интерпретации стеклования. Но оба эти представления отражают лишь разные стороны этого сложного перехода и не исключают друг друга.
Стеклование и молекулярная релаксация. Поскольку релаксационные переходы характеризуют размораживание различных форм молекулярного движения при увеличении температуры, при рассмотрении стеклования как релаксационного процесса фундаментальная роль отводится скорости молекулярных перегруппировок и её зависимости от температуры. Подвижность любой кинетической единицы определяется уравнением Больцмана-Аррениуса для времени релаксации:
тСГ)=ТоеГМТ, (1.6)
где II- энергия активации, не зависящая от температуры (и=сопв{), т0 — период колебания кинетической единицы около положения равновесия (для полимеров т0 составляет около 10'12еек.): к - постоянная Больцмана, Т - абсолютная температура.
Однако, экспериментальные исследования зависимости времён
релаксации от температуры вблизи области стеклования показали, что при
понижении температуры время релаксации увеличивается быстрее, чем это следует из (1.6), и стремится к бесконечности при приближении Т к некоторой отличной от нуля величине Т0:
КТ)=т0ехр{В/(Т-То)}, (1.7)
где В и Т0 - константы. Уравнение (1.7) носит название уравнения Фогеля-Фуыъчера-Таммана (ФФТ). Нужно заметить, что это уравнение выводится из обычной экспоненциальной зависимости (1.6), если допустить температурную зависимость энергии активации :
и=и/(1-ТаП), (1.8)
где иа=кВ - значение энергии активации при высоких температурах (Т»Т0) [63].
Для описания температурных зависимостей свойств полимера (времени релаксации, вязкости и др.) в области высокоэластичности, при температурах от Тг до Гд-(7(Ы00о) используют уравнение Вилъямса-Ландела-Ферри (ВЛФ):