Введение к работе
Актуальность работы. Интенсивно развивающиеся в последнее десятилетие исследования в области ферментативного катализа в органических средах с низким содержанием воды свидетельствуют о широких возможностях управления химическими реакциями посредством варьирования природы органического растворителя: подавление побочных гадролитических реакций; возможность проводить с помощью ферментов процессы, не протекающие в их присутствии в водной среде; повышенная термостабильность белкового катализатора, функционирующего десятки часов в органических растворителях при температурах 100-120С; высокие регио- и энантиоселективность, достигающие 95-100% - таков список основных преимуществ, которые могут быть достигнуты, если водное окружение белка заменить на органический растворитель. Очевидно, что понимание природы влияния среды на состояние фермента и ферментативные превращения требует детального анализа межмолекулярных взаимодействий (ММВ), реалгоующихся в столь сложных системах.
С одной стороны, для осуществления белками их биологической функции, и, в частности, ферментативной активности, принципиальное значение имеет наличие некоторого количества воды, связанной белком. Поэтому изучение адсорбции воды на белках в органических средах с низкой влажностью представляет значительный интерес для понимания роли воды в формировании функционально активной структуры белковой макромолекулы.
С другой стороны, изучение "реакции" белковой молекулы на органическое окружение представляет общий интерес и с точки зрения исследования факторов, определяющих состояние нативной структуры белка и ее стабильность.
Поэтому анализ межмолекулярных эффектов в сложных гетерогенных системах, содержащих белок, органический растворитель (и, практически всегда, воду), чему и посвящена диссертационная работа, представляет собой важную научную проблему, решение которой представляется нам актуальным.
Целью настоящей работы является
исследование энергетики образования гетерогенных систем "белок + органический растворитель + вода";
изучение термодинамики адсорбции воды на суспендированном в органических средах белке;
определение вклада адсорбции воды в энергии, выделяющиеся при внесении белка в органические растворители с различным содержанием воды.
Научная новизна работы. Впервые проведено калориметрическое определение энтальпий образования гетерогенных систем "Оелок -t- органический растворитель + вода". Накоплен значительный объем данных о способности
белка связывать воду в широком интервале активностей воды в органических растворителях. На основании этих данных впервые произведена количественная экспериментальная оценка вклада адсорбции воды на белке в энтальпию образования системы "белок + органический растворитель + вода". В работе впервые показано, что сольватация воды играет определяющую роль во влиянии природы растворителя на термодинамические параметры адсорбции воды на белке в органических средах. Кроме того, впервые обнаружено, что при внесении белкового препарата в органический растворитель, наряду с адсорбцией воды, могут протекать процессы, связанные с изменением взаимодействий белок-белок. Эти процессы сопровождаются значительным увеличением поверхности белка, доступной для адсорбции воды, и тепловыми эффектами, зависящими от природы органического растворителя.
Научно-практическая значимость. Полученные зависимости между термодинамическими параметрами адсорбции воды на белке в органических средах и характеристиками сольватирующей способности растворителей по отношению к воде позволяют прогнозировать особенности термодинамики адсорбции воды на белке в различном окружении. Кроме того, на основании полученных в настоящей работе результатов могут быть предложены рекомендации для выбора наиболее оптимальных условий при проведении ферментативного катализа в органических средах.
Апообаштя работы. Основные результаты работы были доложены и обсуждены на итоговой конференции Казанского государственного университета (Казань, 1994 г.), 5 Всесоюзном совещании "Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах." (Иваново, 1991 г.), 1 Украинско-Польском симпозиуме по водородной связи. (Одесса, 1992 г.), 3 Российской конференции "Химия и применение неводных растворов." (Иваново, 1993 г.), 11 Семинаре по межмолекулярному взаимодействию и конформациям молекул. (Пущино-на-Оке,
1993 г.), 12 Международном семинаре по межмолекулярному взаимодействию и
конформациям молекул. (Харьков, 1994 г.), 1 Международной конференции по
биокоординационной химии. (Иваново, 1994 г.), 12 Международной
конференции ИЮПАК по физической органической химии. (Падуя, Италия.
1994 г.), 6 Международной конференции "Проблемы сольватации и
комплексообразования в растворах". (Иваново. 1995г.).
Публикации. По материалам работы опубликовано шесть статей и тезисы шести
докладов.
Сфуктура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести
глав, выводов, списка цитируемой литературы и приложения. Диссертация
изложена на 166 страницах, содержит 23 таблицы, 33 рисунка. Список
литературы содержит 190 ссылок.
