Принципы структурной организации белков - Г. Шульц 1982

Термодинамика и кинетика свертывания полипептидной цепи
Термодинамические аспекты
Баланс энергетических вкладов в глобулярном белке

Глобулярные белки — точно сбалансированные системы. Приведенные выше оценки дают представление о балансе термодинамических вкладов. Однако этот баланс неполон, поскольку отсутствует вклад ΔG_pacтв. Для рассмотренного примера величина ΔG_рaств довольно мала, так как образование спирали приводит к удалению от растворителя только полярного остова, но не крупных гидрофобных боковых цепей (разд. 3.5).

Рассмотрим теперь «средний» глобулярный белок, состоящий из 150 аминокислотных остатков. Как следует из уравнения (8.1), величина Т ∙ ΔS составляет в этом случае несколько сотен килокалорий на моль. Для приведения пептидной цепи и боковых цепей в нативную конформацию эту энергию должны компенсировать величины ΔG_рacтв и ΔH_цепь (уравнение (3.2)). Судя по числу остатков, удаляемых из растворителя, и по вкладам свободной энергии этого процесса (рис. 1.8), величина ΔG_рaств составляет по крайней мере 100 ккал/моль. Вклад ΔH_цепь обеспечивается водородным связыванием во внутренней части белка (90% всех внутренних полярных групп которого образуют водородные связи [17]) и вандерваальсовыми взаимодействиями. Результирующее значение ∆G_общ = ∆H_цепь — ∆TS_цепь + ∆G_рacтв составляет лишь небольшую долю от величин компенсирующихся членов, или приблизительно 10 ккал/моль.

Такой порядок абсолютной величины ∆G_общ процесса свертывания был найден экспериментально для большого числа белков, содержащих около 150 остатков [413]. Для оценки ∆G_oбщ привлекались скорости водородного обмена в состояниях N и R [414— 416], калориметрические данные процесса деструктурирования цепи, данные, полученные из кривых денатурации (см. обзор в [413]), а также константы равновесия К между нативной и случайной конформациями, найденные при иммунологических исследованиях [418]. Поскольку величина ∆G_общ мала, любые энергетические расчеты, преследующие цель установления корреляции между ковалентной и геометрической структурами белка, должны быть исключительно точными, чтобы дать значимые результаты. Поскольку невалентные связывающие силы в белке поняты еще не достаточно, достичь такую точность пока еще трудно (гл. 3). Нужно отметить также, что константа равновесия очень чувствительна к температурным изменениям.