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Welchen Einfluss hat die Änderung des pH-Werts und der Salzkonzentration auf Proteinkomplexe?

Welchen Einfluss hat die Änderung des pH-Werts und der Salzkonzentration auf Proteinkomplexe?



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Ich habe Mühe, von Experten begutachtete Literatur zu finden, die die Auswirkungen der Änderung des pH-Werts und der Salzkonzentration auf Protein / Protein-Komplexe in Lösung erklärt. Welchen Einfluss haben der pH-Wert und die Salzkonzentration und was ist die physikalische Grundlage dahinter?


Die Bildung von Proteinkomplexen oder Aggregaten in wässrigen Puffern wird durch eine Reihe von Faktoren bestimmt: physikalische Eigenschaften des Proteins selbst, pH-Wert, Temperatur, Art und Konzentration des verwendeten Cosolvens (Salz). Gelöste Stoffe werden oft grob nach Typ unterteilt in chaotrope („disorder-making“), die Proteinstrukturen destabilisieren und Kosmotrope („Order-Making“), die sie stabilisieren. [1, 2]

Chaotrope Salze stören intramolekulare Wechselwirkungen, die durch nicht-kovalente Kräfte wie Wasserstoffbrücken, Van-der-Waals-Kräfte und hydrophobe Wechselwirkungen vermittelt werden, was bei hohen Cosolvens-Konzentrationen zu Proteindenaturierung führt.

Kosmotrope Salze hingegen bewirken eine günstige Wechselwirkung von Wassermolekülen, was auch die intermolekularen Wechselwirkungen in Proteinen stabilisiert. Die Salzmoleküle interagieren leicht mit Wasser aus der Hydratationshülle des Proteins und entfernen es von der Proteinoberfläche, was zu thermodynamisch ungünstigen Wechselwirkungen führt, die reduziert werden, wenn Proteine ​​zu Komplexen assoziieren. Mit steigender Salzkonzentration nimmt die Proteinfällung (Aussalzung) zu.

Sowohl Kationen als auch Anionen wurden getrennt nach ihrer Fähigkeit, Proteine ​​auszufällen, eingeordnet Hofmeister-Reihe [3, 4] (erstmals 1888, aber immer noch heiß diskutiert), z.B.:

SO42− > H2Bestellung4 > CH3GURREN > Cl > Br

Bei großen Salzkonzentrationen wird die Proteinlöslichkeit durch die empirische Cohn-Gleichung [6]:

lnS = α − βc

woSist die Proteinlöslichkeit,Cist die Ionenstärke des Salzes,αundβsind empirische Konstanten, die für ein bestimmtes Salz charakteristisch sind.

Aussalzmittel werden sehr häufig in der Proteinreinigung (zum Konzentrieren von Proteinen zB mit Ammoniumsulfat), Chromatographie oder Kristallisation verwendet.

Der Einfluss des pH auf Protein-Protein-Wechselwirkungen in Lösung wirkt durch die Veränderung der elektrostatischen Eigenschaften von Proteinoberflächen. Bei einem pH-Wert gleich dem isoelektrischen Punkt (pI) des Proteins, wo seine Nettoladung neutral ist, sind die Ladungsabstoßungen ähnlicher Moleküle relativ gering und viele Proteine ​​werden aggregieren. Sehr niedrige und sehr hohe pH-Werte führen dazu, dass Proteine ​​denaturieren; Während der Verdauung haben Proteine ​​beispielsweise einen extrem niedrigen und dann einen extrem hohen pH-Wert, der ihr Rückgrat für den enzymatischen Abbau freisetzt.

Weitere Informationen finden Sie unter:

  1. Martin Chaplin, Kosmotrope und Chaotrope, http://www.lsbu.ac.uk/water/kosmos.html

  2. Zangi R. Können einsalzende/aussalzende Ionen als Chaotrope/Kosmotrope klassifiziert werden? J. Phys. Chem. B. 14. Januar 2010; 114(1): 643-50.

  3. Pace CN, Treviño S, Prabhakaran E, Scholtz JM. Proteinstruktur, Stabilität und Löslichkeit in Wasser und anderen Lösungsmitteln. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 29. August 2004; 359 (1448): 1225-34; Diskussion 1234-5.

  4. Shimizu S, McLaren WM, Matubayasi N. Die Hofmeister-Reihe und Protein-Salz-Wechselwirkungen. J. Chem. Phys. 21. Juni 2006; 124(23):234905.

  5. Zhang Y, Cremer PS. Wechselwirkungen zwischen Makromolekülen und Ionen: Die Hofmeister-Reihe. Curr Opin Chem. Biol. 2006 Dez.;10(6):658-63. Epub 2006 10. Oktober.

  6. Ruckenstein E, Shulgin IL. Einfluss von Salzen und organischen Zusatzstoffen auf die Löslichkeit von Proteinen in wässrigen Lösungen. Adv Kolloid-Schnittstelle Sci. 16. November 2006; 123-126: 97-103. Epub 2006 30. Juni.