Принципы структурной организации белков - Г. Шульц 1982
Способы свертывания и ассоциации полипептидных цепей
Агрегаты глобулярных белков
Свободная энергия ассоциации
Свободная энергия ассоциации может быть оценена из структуры контактной поверхности. На основании приведенных в табл. 5.5 точечных взаимодействий можно сделать сравнительную оценку энергии связывания, т. е. свободной энергии ассоциации, и, как показано выше, идентифицировать наиболее стабильные олигомеры. Однако поверхности раздела можно анализировать и более детально и определять абсолютную величину свободной энергии ассоциации 
по кристаллической структуре. С помощью уравнения 
рассчитанные величины 
можно затем сравнивать с экспериментальными величинами 
полученными из константы 
Рассмотрим теперь способы расчета 
Термодинамика ассоциации сходна с термодинамикой свертывания. В результате ассоциации контактные поверхности субъединиц оказываются скрытыми. Это может быть представлено как перенос поверхности (атомов) из воды во внутреннюю часть белка. Параллельно происходит понижение энтропии системы, поскольку ассоциированные мономеры (олигомеры) характеризуются более высокой упорядоченностью, чем свободные. Следовательно, свободная энергия ассоциации имеет вид:
Это уравнение можно сравнить с уравнениями (3.2) и (3.3): 
и ∆Sасс соответствуют ∆Goбщ и ∆Sцепь, величина ∆Sперенос остается той же. Таким образом, мы можем пользоваться рисунками 3.3,6 и 3.3, в.
Основной движущей силой ассоциации служит энтропия. Для неполярных поверхностей величина ∆Gперенос пропорциональна площади поверхности, доступной воде (рис. 1.8). Для полярных поверхностей величина ∆Gпepeнос меньше, однако остается величиной того же порядка (рис. 3.3). Таким образом, во всех случаях значение ∆Gпepeнос примерно пропорционально общей скрытой поверхности. Чотиа и Джанни [266] определили площади скрытой контактной поверхности белков, перечисленных в табл. 5.6. Как видно из этих данных, две трети скрытых поверхностей образованы неполярными группами (табл. 5.6). Поэтому авторы не внесли большой ошибки, пользуясь константами пропорциональности для неполярных поверхностей (рис. 1.8). Для получения величины ∆Sасс были использованы теоретические данные для свободных частиц [267]. Рассчитанные таким способом значения ∆Gpасчасс даны в табл. 5.6. Они приблизительно согласуются с экспериментальными данными, что указывает на адекватность представлений о характере, сил, направляющих процесс ассоциации.
Таблица 5.6 Свободная энергия ассоциации белкаа
|
Белок |
Общая доступная воде поверхность, экранированная при ассоциации, Å2 |
Доля неполярной поверхности» % |
∆Gперенос, ккал/моль |
-T∙∆S acc, ккал/моль |
∆Gрасчасс, ккал/моль |
∆Gрасчасс, ккал/моль |
|
Оксигемоглобин лошади, контакт а1β1 |
1720 |
84 |
-43 |
+27 |
-16 |
<-11 |
|
Инсулин, контакт ОР |
1130 |
78 |
-28 |
+23 |
-5 |
-7 |
|
Комплекс трипсина с ингибитором |
1390 |
68 |
-35 |
+27 |
-8 |
-18 |
а Площадь поверхности определена по данным о кристаллической структуре, взятым из работы [266]. Площадь доступной поверхности определена на рис. 1.9.
Наибольший интерес представляет изменение свободной энергии, сопровождающее конформационные изменения агрегирующейся структуры. Во многих олигомерах абсолютная свободная энергия ассоциации значительно менее значима, чем ее изменение при конформационных перестройках, вызванных присоединением лиганда. Основываясь на таких изменениях свободной энергии, можно попытаться объяснить явления кооперативного действия и регуляции. На сегодняшний день наиболее хорошо известным примером индуцированных лигандом изменений агрегированной структуры является гемоглобин. Сравнение скрытых поверхностей его окси- и дезоксиформ (табл. 5.5) позволяет выявить вклад свободной энергии при изменении агрегированной структуры [268]. Следует учесть, однако, что в этом случае мы имеем дело с небольшой разностью между двумя большими величинами; для ее оценки требуется высокая точность, которую пока довольно трудно достичь.