О.А. КОРОТИНА, Ю.Ф. КРУПЯНСКИЙ

УДК 615.9(06)+577.3(06) Биофизика
О.А. КОРОТИНА, Ю.Ф. КРУПЯНСКИЙ1
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
1Институт химической физики им. Н.Н. Семенова 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].
ISBN 978-5-7262-0883-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2008. Том 3
128
УДК 615.9(06)+577.3(06) Биофизика
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 05-0448977.
Список литературы
1. Степаненко И.Ю., Шишкина М.Л. 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). 2000. 69 (2). Р. 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. 4667-4676.
ISBN 978-5-7262-0883-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2008. Том 3
129
УДК 615.9(06)+577.3(06) Биофизика
ISBN 978-5-7262-0883-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2008. Том 3
130