Войти
Кристаллическая структура β-глюкозидазы из Thermotoga neapolitana (PDB: 5IDI ). Термостабильный белок, активный при 80 ° C и с температурой разворачивания 101 ° C. Термостабильность - это свойство вещества сопротивляться необратимым изменениям в его химической или физической структуре, часто за счет сопротивления разложение или полимеризация при высокой относительной температуре.
Термостойкие материалы могут использоваться в промышленности в качестве антипиренов. Термостабильный пластик, необычный и нетрадиционный термин, вероятно, будет относиться к термореактивному пластику, который не может быть изменен при нагревании, чем к термопласту, который может быть переплавлен и переработан.
Термостабильность также является свойством некоторых белков. Быть термостабильным белком означает быть устойчивым к изменениям в структуре белка из-за приложенного тепла.
При добавлении тепла это разрушает внутримолекулярные связи, обнаруженные в третичной структуре белков, заставляя белок разворачиваться и становиться неактивным. Большинство форм жизни на Земле живут при температурах ниже 50 ° C, обычно от 15 до 50 ° C. Внутри этих организмов находятся макромолекулы (белки и нуклеиновые кислоты), которые образуют трехмерные структуры, необходимые для их ферментативной активности. Выше естественной температуры организма тепловая энергия может вызвать разворачивание и денатурацию, поскольку тепло может разрушить внутримолекулярные связи в третичной и четвертичной структуре. Это развертывание приведет к потере ферментативной активности, что по понятным причинам вредно для продолжающихся жизненных функций. Примером такого явления является денатурирование белков в белке из прозрачной, почти бесцветной жидкости в непрозрачный белый нерастворимый гель.
Белки, способные выдерживать такие высокие температуры по сравнению с белками, которые не могут, как правило, происходят от микроорганизмов, которые являются гипертермофилами. Такие организмы могут выдерживать температуру выше 50 ° C, поскольку обычно живут в среде с температурой 85 ° C и выше. Существуют определенные термофильные формы жизни, которые могут выдерживать температуры выше этой и имеют соответствующие приспособления для сохранения функции белка при этих температурах. Сюда могут входить измененные объемные свойства клетки для стабилизации всех белков и специфические изменения отдельных белков. Сравнение гомологичных белков, присутствующих в этих термофилах и других организмах, выявляет некоторые различия в структуре белка. Одним из заметных отличий является наличие дополнительных водородных связей в белках термофила, что означает, что структура белка более устойчива к разворачиванию. Точно так же термостабильные белки богаты солевыми мостиками и / и дополнительными дисульфидными мостиками, стабилизирующими структуру. Другими факторами термостабильности белка являются компактность структуры белка, олигомеризация и сила взаимодействия между субъединицами.
Термостабильные ферменты, такие как Taq-полимераза и ДНК-полимераза Pfu используются в полимеразных цепных реакциях (ПЦР), где температуры 94 ° C или выше используются для расплавления цепей ДНК на стадии денатурации ПЦР. Эта устойчивость к высокой температуре позволяет ДНК-полимеразе удлинять ДНК с желаемой интересующей последовательностью в присутствии dNTP.
Знание устойчивости фермента к высоким температурам особенно полезно при очистке белка. В процессе тепловой денатурации смесь белков можно подвергнуть воздействию высоких температур, что приведет к денатурации белков, которые не являются термостабильными, и выделению белка, который является термодинамически стабильным. Один из ярких примеров этого обнаружен при очистке щелочной фосфатазы от гипертермофила Pyrococcus abyssi. Этот фермент известен своей термостабильностью при температурах выше 95 ° C и поэтому может быть частично очищен нагреванием, если он гетерологично экспрессируется в E. coli. Повышение температуры вызывает осаждение белков E. coli, в то время как щелочная фосфатаза P. abyssi стабильно остается в растворе.
Другой важной группой термостабильных ферментов являются гликозидгидролазы. Эти ферменты ответственны за разложение основной фракции биомассы, полисахаридов, присутствующих в крахмале и лигноцеллюлозе. Таким образом, гликозидгидролазы вызывают большой интерес в приложениях для биопереработки в будущей биоэкономике. Некоторыми примерами являются производство моносахаридов для пищевых продуктов, а также использование в качестве источника углерода для микробного преобразования топлива (этанол) и химических промежуточных продуктов, производство олигосахаридов для пребиотических применений и производство поверхностно-активных веществ алкилгликозидного типа. Все эти процессы часто включают термическую обработку для облегчения гидролиза полисахаридов, поэтому в данном контексте важную роль отводят термостабильным вариантам гликозидгидролаз.
Белковая инженерия может использоваться для повышения термостабильности белков. Ряд методов сайт-направленного и случайного мутагенеза, в дополнение к направленной эволюции, был использован для повышения термостабильности целевых белков. Для повышения стабильности мезофильных белков использовались сравнительные методы на основе сравнения с термофильными гомологами. Кроме того, анализ разворачивания белка с помощью молекулярной динамики можно использовать для понимания процесса разворачивания и последующего конструирования стабилизирующих мутаций. Рациональная инженерия белка для повышения термостабильности белка включает мутации, которые усекают петли, увеличивают солевые мостики или водородные связи, вводят дисульфидные связи. Кроме того, связывание лиганда может повысить стабильность белка, особенно после очистки. Существуют различные силы, которые обеспечивают термостабильность конкретного белка. Эти силы включают гидрофобные взаимодействия, электростатические взаимодействия и наличие дисульфидных связей. Общее количество гидрофобности, присутствующей в конкретном белке, отвечает за его термостабильность. Другой тип силы, ответственной за термостабильность белка, - это электростатические взаимодействия между молекулами. Эти взаимодействия включают солевые мостики и водородные связи. Солевые мостики не подвержены воздействию высоких температур, поэтому необходимы для стабильности белков и ферментов. Третья сила, используемая для повышения термостабильности белков и ферментов, - это наличие дисульфидных связей. Они представляют собой ковалентные поперечные связи между полипептидными цепями. Эти связи самые прочные, потому что они ковалентные, что делает их сильнее, чем межмолекулярные силы.
Некоторые ядовитые грибы содержат термостабильные токсины, такие как аматоксин, обнаруженные в смертной шапке и осенней тюбетейке грибах и патулине из форм. Следовательно, нагревание их не устранит токсичность и особенно важно для безопасности пищевых продуктов.
 | Найдите термостабильность в Wiktionary, бесплатном словаре. |
