СТАБИЛИЗАЦИЯ ФЕРМЕНТА

Все биохимические реакции, происходящие в живых организмах — от простейших одноклеточных до высших животных и растений,— управляются ферментами. Активность ферментов зависит от множества условий: от концентрации вступающих в реакцию веществ, от состава и свойств среды, наконец, от температуры. Известно, что ферменты проявляют оптимальную активность в сравнительно узком интервале температур, выше некоторой температуры они перестают «работать». И уже ничто не может их вывести из этого пассивного состояния.

Общая, принципиальная схема, которая бы объясняла, почему происходит потеря «работоспособности», то есть инактивация фермента, остается до сих пор невыясненной. Безусловно одно: инактивация ферментов под действием нагревания сопровождается изменением их белковой структуры. Если живой и «работоспособный» фермент обычно имеет глобулярную структуру (от латинского «глобулус»—«шарик»), то подогревание вызывает значительное разворачивание молекулы-клубка; в этом случае биохимики говорят о деструкции белка. Такая деструкция необратима, активность фермента не восстанавливается, даже если вернется нормальная для него температура.

Как сделать ферменты стабильными, устойчивыми к повышенной температуре? Очевидно, нужно как можно жестче закрепить их «работоспособную», живую глобулярную структуру. Из экспериментов известно, что присоединение молекулы фермента к жесткой основе— так называемому носителю — повышает стабильность фермента. И чем больше у них точек соприкосновения, чем больше химических связей присоединяет глобулу к носителю, тем устойчивее делается фермент к воздействию нагревания. Однако осуществить «многоточечное» взаимодействие фермента с носителем весьма трудно—носитель обычно плоский, а фермент — сферический.

И вот предложен новый принцип стабилизации фермента: поверхность носителя должна быть комплементарной самой поверхности ферментной глобулы, то есть соответствующей пространственному устройству фермента, как бы обволакивающей эту глобулу со всех сторон. Идея предлагаемого метода в том, чтобы «вшить» достаточно жестко глобулу фермента в пространственную сетку постороннего полимера, малочувствительного к температурным изменениям. Для осуществления этого замысла сам фермент химически видоизменяют, к нему присоединяют в нескольких точках короткие веточки-мономеры. Они-то на следующем этапе опыта выступят в роли мостиков, соединяющих фермент с полимером-носителем. Опыт блестяще подтвердил все теоретические предпосылки. В качестве фермента был выбран хорошо изученный а-химотрип-син, который уже умели «сшивать» с различными синтетическими полимерами.

Как и следовало ожидать, каталитическая активность фермента, «заключенного в клетку», то есть вшитого в полимерную сетку, несколько снижается (в 2—3 раза), зато его стабильность несравненно увеличивается. Закрепленный по предложенному методу фермент обладает исключительно высокой устойчивостью к нагреванию. Расчет показывает, что при 60° С фермент «в клетке» примерно в тысячу раз стабильнее своего «свободного» предшественника, а при температуре 102°С он должен быть стабильнее в сто миллионов раз.

Очевидно, предложенный и осуществленный в эксперименте новый способ стабилизации ферментов должен быть применим для всех ферментов, у которых инактивация связана сразворачиванием глобулы,

Основной язык сайта