ВКР: Денатурация сывороточных альбуминов под действием ионного детергента цетилтриметиламмонийбромида

Введение

Многие биологические и фармацевтические системы содержат белки и детергенты. Детергенты представляют собой органические амфифильные соединения, молекулы которых имеют гидрофильные и гидрофобные участки. По типу гидрофильных групп различают несколько групп детергентов – ионные и неионные. Ионные детергенты диссоциируют в растворе на ионы, одни из которых поверхностно активны, а другие (противоионы) – нет. В зависимости от знака заряда поверхностно-активного иона ионные детергенты делят на анионные, катионные и амфотерные. Благодаря высокой поверхностной активности и способности к растворению белков и липидов, а также способности вызывать диссоциацию и денатурацию белков, инактивацию вирусов и токсинов именно ионные детергенты широко применяются для приготовления медицинских фармацевтических препаратов (например, бактерицидных и дезинфицирующих), а также дерматологических и косметических средств. Одним из широко применяющихся детергентов в медицинских, косметических и фармацевтических исследованиях является катионный детергент цетилтриметиламмонийбромид (ЦТАБ). ЦТАБ проявляет бактерицидные свойства, при щелочных значениях pH он активен против грамположительных и грамотрицательных бактерий. В биохимических исследованиях ЦТАБ используется для увеличения клеточной проницаемости для субстратов при изучении ферментов. При определенных концентрациях ЦТАБ является денатурирующим белки детергентом
Денатурацией называют существенное изменение вторичной и третичной структуры белка, т.е. нарушение, разупорядочивание системы нековалентных взаимодействий, не затрагивающее его ковалентной пептидной структуры. Денатурация, как правило, сопровождается утратой белком функциональных свойств, что обуславливает интерес к изучению механизмов белковой денатурации. Представляет интерес изучить денатурацию двух типов сывороточных альбуминов (человека и быка) – транспортных белков плазмы крови – под действием ЦТАБ. Данные два типа сывороточных альбуминов имеют похожую структуру в связи с их принадлежностью к одному гомологичному семейству белков. Сывороточные альбумины представляют собой небольшие глобулярные белки: сывороточный альбумин человека – молекулярная масса 66,4 кДа, изоэлектрическая точка 4 pI 4,7, бычий сывороточный альбумин – молекулярная масса 64 кДа, изоэлектрическая точка pI 4,9.
Молекулы сывороточных альбуминов состоят из одной аминокислотной цепочки: альбумин человека – из 585 аминокислотных остатков, бычий альбумин – из 582 аминокислотных остатков. Во вторичной структуре оба белка имеют примерно одинаковое содержание регулярных структур при соответствующих значениях pH. Третичная структура обоих типов сывороточных альбуминов определяется тремя доменами. Сывороточный альбумин человека и альбумины у разных видов животных практически гомологичны и отличаются лишь некоторыми аминокислотными остатками. В частности, сывороточный альбумин человека содержит один остаток триптофана Trp 214, а бычий сывороточный альбумин содержит два остатка триптофана – Trp 135 и Trp 214. Выбор сывороточных альбуминов человека и быка в данной работе как модельных белков обусловлен важной ролью этих белков в плазме крови, определяемой широким разнообразием функций этих белков: альбумины обеспечивают коллоидно-осмотическое давление крови, альбумины регулируют вместе с другими белками плазмы pH крови, альбумины служат переносчиками различных метаболитов и лекарственных препаратов. Целью данной работы является исследование с применением спектроскопических методов денатурации двух типов сывороточных альбуминов под действием катионного детергента ЦТАБ в растворах с различными значениями pH. В рамках данной цели поставлены две задачи: первая – методом КР – спектроскопии провести изучение денатурации сывороточного альбумина человека под действием ЦТАБ и вторая – методом флуоресцентного анализа провести исследование денатурации бычьего сывороточного альбумина под действием ЦТАБ, тем самым, показав эффективность использования двух разных спектроскопических методов для достижения поставленной цели.

Глава 1. Применение оптических методов исследования для анализа структуры и свойств белков при их взаимодействиях с детергентами (литературный обзор)
§1.1. Строение белковых молекул и их свойства

Как известно, основными биомолекулами, присутствующими в клетках и тканях высших животных, являются нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК), белки, полисахариды и липиды. Эти сложные макромолекулы построены из простых биомолекул. В белках мономерными единицами служат L-α-аминокислоты. Белки являются биополимерами, поскольку они состоят из повторяющихся строительных блоков. Белки помимо аминокислот могут содержать и другие компоненты, однако структура белков, а, следовательно, и их биологические свойства определяются в основном аминокислотным составом, порядком чередования аминокислот в полипептидной цепи и, как следствие, их взаимным пространственным расположением [1]. Аминокислоты содержат в качестве функциональных групп аминогруппу (NH2) и карбоксильную группу (COOH), в α-аминокислотах обе они связаны с одним и тем же αуглеродным атомом.