Vinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.x

Поскольку белки способны сворачиваться в глобулярные структуры (фолдинг), то они могут и разворачиваться, денатурировать (антифолдинг). Экстремальные значения температуры, рН, солевой состав раствора и другие внешние факторы могут стимулировать денатурацию и потерю активности белка. Одним из первых промышленных применений белковой инженерии была стабилизация ферментов для использования их в небиологическом окружении. Одной из задач таких исследований было создание ферментов, которые можно было бы использовать при экстремальных температурах. Термофильные бактерии, которые живут при температурах 60-80°С, и гипертермофилы, которые живут при температурах 110°С и выше, синтезируют белки, которые являются стабильными и высокоактивными при этих повышенных температурах.

Белки этих микроорганизмов интересны с точки зрения промышленного использования, поскольку они более устойчивы к воздействию растворителей и с их участием можно проводить реакции при повышенной температуре, что позволяет использовать повышенные концентрации исходных веществ и зачастую ускоряет скорость реакции. Кроме того, термостабильность таких белков облегчает их очистку– достаточно нагреть раствор и все нетермостабильные белки денатурируют, а останутся только термостабильные.

Неожиданным оказался тот факт, что структура таких термоустойчивых белков практически не отличалась от структуры их термолабильных (термонеустойчивых) "родственников", синтезированных обычными организмами. Аминокислотная последовательность термоустойчивых белков на 40-85% идентична аминокислотной последовательности термолабильных белков, а их трехмерная пространственная структура практически идентична структуре термолабильных белков. При этом такие пары ферментов как правило используют идентичные каталитические механизмы. Они в высшей степени подобны поструктуре и функциям, но имеют более термоустойчивую поверхность. По-видимому, основное отличие обусловлено повышенной "прочностью" поверхности белка. Стабилизация не может быть засчет улучшения упаковки гидрофобного ядра белка. Гидрофобное ядро и в обычных белках упаковано практически идеально. А вот на поверхности белковой молекулы даже небольшие улучшения прочности поверхности препятствуют тем процессам, которые приводят к началу денатурации.

Такие модификации включают добавление новых электростатических взаимодействий между парами заряженных аминокислот, новых дисульфидных мостиков или ионов металлов, добавление жестких пролинов или замена гибких глицинов. Прежде всего, эти новые взаимодействия должны ограничивать "свободу" белковых петель, которые обычно являются гибкими и подвижными, или должны им мобилизовывать концы белковой цепи, которые обычно являются свободными и гибкими.

Также важными для повышения термоустойчивости ферментов являются те изменения, которые замещают или защищают аминокислоты, которые могут быть разрушены при нагревании, такие, как, например, глутаминил и аспаргин, которые могут потерять свои термочувствительные аминогруппы при повышении температуры. Ферменты из термофильных или гипертермофильных организмов оптимизированы для функционирования при высоких температурах75-125°С. На первый взгляд можно было ожидать, что скорость ферментативных реакций у гипертермофилов будет намного выше, поскольку скорость химических реакций удваивается при каждом повышении температуры на 10°С. Однако оказалось, что у природных термофильных ферментов скорость реакций практически такая же, как у обычных ферментов. Такова плата за термостабильность – каталитическая активность теряется при увеличении термоустойчивости, поскольку увеличение жесткости поверхности молекулы фермента снижает способность фермента "подстраиваться" под особенности топологии субстрата, и механизм индуцированного соответствия становится намного менее эффективным.

 Кроме того, скорость протекания биохимических процессов должна соответствовать общему характеру клеточного метаболизма. Нет никакого смысла резко ускорять один из метаболических этапов, если остальные "звенья" метаболической цепочки продолжают функционировать в прежнем темпе. Именно поэтому, поскольку нет естественной необходимости улучшать каталитические возможности ферментов выше уровня, имеющегося в обычных организмах, термофилы не создали суперферменты, которые бы в полной мере использовали преимущества высоких температур. Но такие суперферменты вполне могут быть созданы белковыми инженерами. Очевидные промышленные применения таких суперфермен-тов будут следствием ускорения химических процессов при высоких температурах.

© 2015-2019 vseobiology.ru | При использовании материалов сайта - прямая ссылка на vseobiology.ru обязательна.

Электронный адрес для связи artemchichkov@gmail.com

^ Наверх