Химия и биология белков - Ф. Гауровитц 1953

Величина и форма белковых молекул
Сравнение молекулярных весов, полученных разными методами

В предыдущих разделах были подчеркнуты те трудности, с которыми сталкиваются при определении молекулярного веса растворенных белков. Как указывалось, эти трудности частично обусловлены тем, что диффузия, седиментация и другие подобные явления зависят не только от молекулярного веса белка, но также от формы и гидратации молекулы.

Во многих приведенных выше формулах фигурирует член σ — плотность белковых частиц в растворе. Эта величина не может быть ни определена экспериментально, ни адэкватно истолкована. Иногда ее заменяют величиной где удельный объем частиц (V) представляет то увеличение объема, которое получается при растворении 1 г вещества в большом объеме растворителя (см. гл. VI). Принимая во внимание названные усложняющие факторы, следовало бы ожидать, что молекулярные веса, найденные различными методами, окажутся существенно различными. Однако такого различия не наблюдается. Табл. 5 показывает неожиданно хорошее соответствие между большинством значений, полученных различными методами. Это соответствие в основном, очевидно, обусловлено тем фактом, что все белки содержат приблизительно одинаковое количество гидратационной воды (см. гл. VI) и что ошибка, допускаемая при определении о, остается неизменной в большинстве методов. Таким путем устраняются два из тех факторов, которые могли бы быть причиной отклонений.

Удивительно, однако, что соответствие получено и при определении молекулярных весов сывороточного альбумина, лактоглобулина и некоторых других белков, которые при электрофоретическом анализе оказались смесями из нескольких компонентов. В то время как молекулярные веса, определенные при помощи рентгеноструктурного анализа (табл. 5), прекрасно согласуются с молекулярными весами, полученными другими методами, большие различия существуют между степенью асимметрии молекул, рассчитанной из вязкости или диффузии, с одной стороны, и из рентгеновского анализа — с другой [79]. Так, отношение осей a/b, рассчитанное для сывороточного альбумина, гемоглобина и лактоглобулина в раствору, оказалось равным 3—4, в то время как рентгеноструктурный анализ показал, что отношение осей во влажных кристаллах ниже 3 для лактоглобулина и ниже 2 для гемоглобина и сывороточного альбумина.

Таблица 5 Молекулярный вес белков (78)

Исчерпывающее изучение инсулина показало, что различие между величиной молекулярного веса 48 000, найденной осмометрически, и величиной 36 000, полученной при рентгеноструктурном анализе, соответствует реальному различию в молекулярных весах, а не обусловлено аналитической ошибкой. Одновременно химический анализ инсулина привел к заключению, что его молекула образована из более мелких единиц с эквивалентным весом в 12 000 (см. гл. XII). Предполагают поэтому, что частицы инсулина в растворе состоят из четырех элементарных частиц, в то время как инсулин кристаллический образуется из трех частиц с эквивалентным весом, равным 12 000 [80].

Возникает вопрос, что же является истинными «молекулами»: структурные ли ячейки кристалла, частицы, присутствующие в водных растворах, или, наконец, так называемые элементарные частицы. Мы должны напомнить, что при растворении белков в концентрированных растворах мочевины также были найдены как осмометрически, так и седиментационными методами подобные элементарные частицы (см. выше). Дезагрегация белковых частиц может происходить и при таких мягких воздействиях, как понижение температуры [81] или незначительное изменение pH [82—84]. При возвращении к исходному pH расщепившиеся молекулы снова восстанавливаются путем соединения элементарных частиц. Легкость распадения белковых молекул на элементарные частицы показывает, что эти частицы соединены друг с другом очень слабыми связями, возможно, водородными мостиками или электростатическими силами притяжения между отрицательно и положительно заряженными ионизированными группами. Если это действительно так и если понятие «молекула» оставить для частиц, спаянных сильными ковалентными связями, то истинными белковыми молекулами будут элементарные частицы, а частицы, присутствующие в водном растворе, следует считать мицеллами, т. е. агрегатами элементарных частиц [84, 85].

Явление обратимой диссоциации белковых частиц на более мелкие частицы не только представляет интерес в теоретическом отношении, но имеет также и важное биологическое значение. Если такая дезагрегация произойдет в живой клетке, то сразу же наступит повышение осмотического давления, набухание клетки и резкое падение вязкости ее жидкого содержимого; при реагрегации произойдут обратные изменения. Подобные же превращения могут принимать участие в тех изменениях формы клеток, которые характерны для амебоидного движения или мышечного сокращения. Миозин, сократимый белок мышцы, по-видимому, является полимером тропомиозина, другого мышечного белка, и их взаимопревращения in vivo, как полагают, вполне возможны.