Принципы структурной организации белков - Г. Шульц 1982

Термодинамика и кинетика свертывания полипептидной цепи
Термодинамические аспекты
Тепловые флуктуации в белковых структурах

Изолированные молекулы белка претерпевают большие структурные флуктуации. При любом термодинамическом описании структуры белка необходимо иметь в виду, что отдельная белковая молекула с окружающим ее растворителем представляет собой очень малую систему [419]. При данной температуре среднеквадратичное значение флуктуаций энергии δН системы составляет согласно [420]:

Для макроскопических систем эти флуктуации по сравнению с внутренней энергией в самом деле очень малы. Однако для отдельной белковой молекулы с массой т около 5 ∙ 10^-20 г и удельной теплоемкостью с = 0,32 кал ∙ град^-1 ∙ г^-1 [421, 422] при 37°С флуктуации составляют 7 ∙ 10^-20 кал (k - постоянная Больцмана), что соответствует приблизительно 40 ккал/моль при пересчете в молярном базисе. Такие флуктуации значительно превосходят величину ΔG_общее. Однако времена релаксации составляют всего наносекунды, что недостаточно для индуцирования значительного развертывания нативной структуры.

Тем не менее такие флуктуации могут наблюдаться экспериментально. Одним из примеров служит динамическое поведение боковых цепей Туг в ингибиторе трипсина поджелудочной железы. Согласно данным рентгеноструктурного анализа, эти боковые цепи жестко упакованы, однако спектры ядерного магнитного резонанса свидетельствуют о колебаниях этих боковых цепей между двумя состояниями, отличающимися поворотом на 180° вокруг связи С_β — C_y >1423, 424]. Эта же методика использовалась для доказательства конформационной лабильности на первый взгляд жестких остатков в лизоциме [425], рибонуклеазе [426] и миоглобине [427]. Кроме того, было установлено, что флуоресценцию скрытого в рибонуклеазе Тrр можно подавить действием О₂ [428, 429], что свидетельствует о способности О₂ проникать внутрь молекулы. Аналогичные выводы получены из опытов по релаксации флуоресценции [430], фосфоресценции [431] и водородному обмену [414]. Все эти, а также некоторые другие данные [432] показывают, что молекула белка достаточно подвижна. Атомы могут смещаться относительно средних положений, устанавливаемых рентгеноструктурным анализом. Отметим, что олигомерные белки (и белковые кристаллы, по которым получена большая часть данных) имеют большую массу т, чем мономерные. Поэтому в них меньше флуктуации, приходящиеся на единицу массы.