Температура влияет на сворачивание белка иначе, чем считалось ранее

Белки состоят в основном из длинных цепочек гораздо меньших звеньев, известных как аминокислоты. Известно более 20 аминокислот, которые могут объединяться, образуя более крупный белок, и они взаимодействуют и связываются друг с другом таким образом, что влияют на конечную структуру белка. В зависимости от этих взаимодействий длинные цепочки аминокислот сворачиваются в первичные, вторичные, третичные и четвертичные образования, пока белок не достигнет своей окончательной трехмерной структуры.

Какие взаимодействия влияют на сворачивание белка?
В течение многих лет исследователи белка предполагали, что вода является основным фактором сворачивания белка. Взаимодействие между водой в растворе и водоотталкивающими (гидрофобными) аминокислотами приводит к эффективному соединению аминокислот, создавая стабильность белка.

Поскольку большинство гидрофобных взаимодействий относительно сильны, исследователи всегда предполагали, что гидрофобные аминокислоты оказывают наибольшее влияние на то, как белки сворачиваются и становятся стабильными. В результате предполагалось, что многие белки образуют особую складчатую структуру, чтобы избежать контакта с водой. Однако новые исследования показывают, что многие модели сворачивания белка не учитывают другое явление, влияющее на сворачивание белка, - температуру.

Температура и сворачивание белка
Новое исследование, проведенное в сотрудничестве между учеными из Университета Тулейна, Университета Райса и Медицинской школы Университета Джона Хопкинса, показало, что температура влияет на сворачивание белка неизвестными ранее способами. Для начала исследователи решили изучить предыдущие исследования неорганизованных белков и других полипептидов, которые не сворачиваются в нормальных условиях. Ранее считалось, что гидрофобные взаимодействия предотвращают сворачивание, доминируя над более слабыми, электрически заряженными взаимодействиями, которые обычно способствуют поведению.

Однако в тех исследованиях, которые проводились в 2014 и 2017 годах, исследователи не изучали влияние температуры воды на взаимодействие - эффекты, которые, как подозревают нынешние исследователи, могут оказывать большее влияние на сворачивание белка, чем считалось ранее. Чтобы узнать больше, команда создала модель гидратированного дека-аланинового пептида и его соответствующих боковых цепей и подвергла его воздействию воды при повышении температуры. Затем они рассчитали силы притяжения между растворителем и самим пептидом.

При повышении температуры матрица растворителя расширялась, уменьшая способность растворителя связываться с пептидом. В результате потенциал связывания также уменьшился. В целом, исследователи обнаружили, что влияние температуры на связывание предполагает, что гидрофобные взаимодействия в нагретых растворах могут способствовать правильному сворачиванию белка. Напротив, гидрофильные реакции в более холодных растворах могут способствовать денатурации (разворачиванию) белка.

Учитывая все аспекты решения
Хотя исследователи когда-то считали, что гидрофобные и гидрофильные взаимодействия являются преобладающими факторами, приводящими к сворачиванию и стабильности белка, это новое исследование подчеркнуло важность рассмотрения всех аспектов решения. Температура может влиять на силу гидрофобных и гидрофильных взаимодействий, а некоторые взаимодействия зависят от того, остается ли раствор в определенном температурном диапазоне для продолжения. Таким образом, вся среда раствора, включая воду, а также температуру, электрический заряд и другие факторы, влияет на конечную форму сворачивания белка.

По мере продвижения исследований пристальное внимание к различным взаимодействиям в игре будет иметь жизненно важное значение для решения проблемы стабилизации белков. Индивидуальное внимание к каждой потенциальной силе - и к тому, как все они работают вместе или конкурируют друг с другом, - поможет исследователям предпринять следующие шаги, необходимые для определения причин, по которым белки ведут себя так, как они ведут себя. В будущем дополнительные знания о том, почему белки сворачиваются или разворачиваются, могут привести к новым удивительным открытиям о том, как стабильность белка влияет на некоторые из наиболее важных механизмов в организме человека.