Коллоидно-химические свойства смесей лизоцим-ПАВ в системе водный раствор-октан (1105578), страница 3
Текст из файла (страница 3)
5. Изотерма связывания белка с ПАВ [9].При взаимодействии ПАВ с белками сначала происходит связывание малыхколичеств ПАВ со специфическими центрами связывания белков, обладающихвысоким сродством к ПАВ (участок a), затем идёт область некооперативного связывания (b), и, наконец, кооперативное связывание, аналогичное мицеллообразованию на полимерных цепях (c), и достижение насыщения (d). На участке (c) может происходить разворачивание белковой глобулы, что делает доступным длявзаимодействия с ПАВ гидрофобные группы белка, находящиеся внутри нативной глобулы.
Таким образом, при добавлении ПАВ многие глобулярные белкипереходят в состояние неупорядоченных клубков. В этом случае применима модель «ожерелья»: «бусины» небольших глобулярных мицелл «декорируют» полипептидную цепь. Изотермы связывания, содержащие области специфического,некооперативного и кооперативного связывания были получены для смесей SDS срибонуклеазой А, β-LG и BSA [30].Изотермы связывания SDS с Lz при различных pH и концентрации соли были получены в [31, 32]. Увеличение числа молекул ПАВ, связанных с белком, сростом концентрации проходит через область высокоэнергетического связыванияпо полярным группам, а затем низкоэнергетического за счет гидрофобных взаимодействий.
Насыщение полярных связей происходит при мольном соотношении14Lz:SDS равном 1:8, полное насыщение связей происходит при соотношении1:80 – 1:220 в зависимости от концентрации белка [33]. Далее зависимость числасвязанных молекул проходит через максимум, что объясняют началом образования мицелл ПАВ в растворе. В отсутствие соли мицеллообразование в раствореначинается после того, как прошло гидрофобное связывание.
В присутствии солимицеллообразование начинается при меньших концентрациях ПАВ. При увеличении концентрации соли изменение свободной энергии ΔG ионного связывания незначительно уменьшается, а ΔG гидрофобного связывания слабо повышается поабсолютной величине за счет экранирования поверхностного заряда и усилениягидрофобного эффекта. При увеличении pH происходит сдвиг начального участкаизотерм связывания в область более высоких концентраций ПАВ и началу гидрофобного связывания при более низких числах агрегации, положение максимумапрактически не меняется. Добавки этанола в систему приводят к сдвигу изотермсвязывания в область низких концентраций ПАВ [34].
Установлено, что лизоцимобладает большей термодинамической стабильностью в отсутствие спирта, а увеличение концентрации этанола усиливает связывание Lz с SDS и приводит к денатурации белка. Данные подтверждены измерением энтальпии денатурации исвободной энергии связывания.Связывание октил- и додецилсульфатов натрия с BSA было изучено в работе [29]. Показано, что связывание не зависит от рН при его изменении от 4,8 до6,8, т.е. в этом диапазоне рН гидрофобные взаимодействия предпочтительнееэлектростатических. При понижении рН взаимодействия BSA с SDS усиливаются,возможно, за счет появления положительного заряда на макромолекуле и возникновения электростатического притяжения. Получено, что при увеличении молярного соотношения SDS:BSA свыше 10 – 15, происходит разворачивание белка.Образование в системе мицелл, обладающих неполярным ядром, подтвержденоэкспериментами по изучению солюбилизации маслорастворимых красителей.В работе [35] методом изотермического калориметрического титрованияизучено взаимодействие CTAB и SDS с Lz, желатином (Gn) и ДНК при различнойконцентрации биополимеров.
Характер взаимодействия ПАВ – биополимер оце-15нивался из зависимостей энтальпии связывания от концентрации ПАВ. Получено,что CTAB, в отличие от SDS, взаимодействует с отрицательно заряженной молекулой ДНК, что говорит об исключительно электростатической природе взаимодействий. CTAB и SDS взаимодействуют с Gn и Lz за счет электростатических идисперсионных взаимодействий. Показано, что процесс взаимодействия ПАВ ибиополимера является сложным и зависит от pH среды и температуры.Взаимодействие липазы rhizomucor mieihei (RM) и амфотерного ПАВN-(2-гидроксидодецил)-саркозината натрия описано в [36].
ПАВ имеет положительный заряд при pH 3,0, нейтральный при pH 7,5 и отрицательный при pH 10,5.Показано, что белок взаимодействует с ПАВ, только когда его полярная группазаряжена положительно. RM образует агрегаты с бромидом додецилтриметиламмония (DTAB), в то время как с анионным и неионогенным ПАВ белок не взаимодействует [37].
Показано, что число молекул ПАВ, связанных с белком, отличается для разных ПАВ. Авторы полагают, что между гидрофобными доменамиRM, расположенными вблизи отрицательных зарядов на белке и углеводородными цепями ПАВ возможно гидрофобное связывание.Изучение скорости звука в растворе, плотности, поверхностного натяженияи УФ-поглощения подтвердили образование заряженного комплекса между Lz иSDS [38]. Электростатические и гидрофобные взаимодействия белка и ПАВ достаточно сильны и вызывают конфигурационные изменения в структуре Lz.
Нарушение структуры лизоцима под действием SDS также отмечалось в [12, 23, 39].Денатурация лизоцима под действием ряда анионных ПАВ описана в [22]. Спектры кругового дихроизма показали, что малые добавки додецилбензолсульфонатанатрия SDBS предотвращают агрегирование молекул лизоцима, а большие концентрации ПАВ приводят к конформационным изменениям в макромолекуле белка [40].Распределение заряда по белковой глобуле лизоцима неоднородно, на поверхности одновременно присутствуют положительно и отрицательно заряженные участки [41]. Поэтому, несмотря на наличие общего положительного зарядана макромолекуле Lz, белок способен связываться не только с анионным, но и с16катионными ПАВ [42, 43].
В [42] взаимодействие Lz с CTAB изучали с помощьюанализа динамики сольватации кумарина 153, красителя, который не связываетсяотдельно с СТАВ и Lz в нативной форме. Однако краситель солюбилизируется вагрегате Lz – CTAB. Времена сольватации кумарина 153 в агрегате существеннобольше, чем в растворах CTAB или Lz.Методом изотермического калориметрического титрования изучено взаимодействие DTAB с яичным Lz [43]. DTAB взаимодействует с Lz эндотермически. В результате взаимодействия происходит денатурация белка, изменение егоструктуры и биологической активности.
Полагают, что при низких концентрацияхDTAB связывание происходит за счет электростатических взаимодействий, а также за счет дисперсионных взаимодействий углеводородных цепей ПАВ с гидрофобными участками лизоцима. Эти начальные взаимодействия вызывают разворачивание белка, и новые гидрофобные участки становятся доступны для взаимодействия с ПАВ.
Энтальпия индуцированной DTAB денатурации лизоцима составляет 86,46±0,02 кДж/моль.В отличие от ионогенных ПАВ, с неионогенными ПАВ лизоцим связывается слабо. При изучении влияния добавок белков (BSA и Lz) на поверхностное натяжение додецилового эфира пентаэтиленгликоля С12Е5 показано, что минимальное поверхностное натяжение (27 мН/м) устанавливается для смеси BSA/ПАВ прибольшей концентрации, чем для чистого ПАВ или смеси Lz/ПАВ [44]. Сделан вывод, что ПАВ связывается с BSA, но не с Lz.При измерении кажущегося молярного объема, адиабатической сжимаемости и скорости звука в водных растворах SDS, нонилсульфата натрия, SDBS,CTAB, дидодецилдиметиламмоний бромида в присутствии β-лактоглобулина(β-LG) при изменении температуры от 10 до 36о С на температурных зависимостях молярного объема обнаружены два минимума при 22 и 32о С [45]. Глубинаминимумов уменьшается с ростом концентрации ПАВ. Наблюдаемые зависимости связывают с наличием взаимодействия белка с ПАВ.
Сложные температурныезависимости исчезают при добавлении денатуратора белка 2-меркаптоэтанола.17Изучены взаимодействия желатина при рН 4,84 с катионным ПАВ CTAB[46]. При концентрации ПАВ ниже ККМ формируются два вида комплексов белок – ПАВ. Сначала образуется высоко поверхностно-активный комплекс Gn –CTAB(мономер), адсорбирующийся на границе вода/воздух, а потом, при критической концентрации агрегирования, он трансформируется в слабо поверхностноактивный комплекс Gn – CTAB(агрегат).
При дальнейшем увеличении концентрации ПАВ возникают коацерваты из агрегатов, что приводит к возрастаниюмутности системы. При увеличении содержания CTAB коацерваты распадаются ине образуются в мицеллярном растворе CTAB.Взаимодействие белков с ПАВ зависит от величины и знака заряда белков,на которые влияют рН и концентрация добавленного электролита. При измерениизависимости заряда лизоцима от концентрации NaCl при pH 2,5 – 11,5 было показано, что белок преимущественно связывается с хлорид-ионами (до 12 ионов приpH 2,5), нежели с натрием [47].
Заряд лизоцима меняется с положительного наотрицательный при концентрации добавленной соли 0,01 М [48]. Взаимодействиебелка с ионами описано в терминах модели двойного электрического слоя. В [49]показано, что лизоцим имеет отрицательный ζ-потенциал при pH 7 и 11 и положительныйприpH3,2в0,05Мбуферныхрастворах.Добавлениен-алкилсульфонатов с длиной углеводородной цепи 8 – 16 атомов приводит кснижению ζ-потенциала, а при pH 3,2 вызывает перезарядку поверхности.Уменьшение длины цепи ПАВ приводит к увеличению концентрации, при которой происходит перезарядка. Для гомолога с длиной цепи C16 потенциал практически постоянен, и перезарядка поверхности не наблюдается.
При добавлениибромидов н-алкилтриметиламмония также наблюдался рост ζ-потенциала и перезарядка поверхности при pH 7 и 11 [50]. Так же, как и при добавлении анионногоПАВ, рост длины алкильной цепи способствует уменьшению концентрации, прикоторой происходит перезарядка. Авторы полагают, что катионные и анионныеПАВ взаимодействуют, соответственно, с карбоксильными и аминогруппами лизоцима.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
