DSC Untersuchungen an Protein — Wasser Systemen

Zusammenfassung

In der vorliegenden Arbeit wird über verschiedene Anwendungsmöglichkeiten der DSC Messtechnik zur Untersuchung der Funktion des Wassers in biochemischen Systemen berichtet.

Der Effekt der Hydratation auf die konformative Stabilität von Biopolymeren wurde am System Tropocollagen- Neutralsalze-Wasser untersucht. Im Temperaturbereich 25 bis 130°C wurden die thermalen Denaturierungsenthalpien und — Temperaturen in Funktion des Protein- Wassergehaltes gemessen.Die Ergebnisse dieser Mess Serie zeigten, dass die tripelhelicale Collagenstruktur prädominant stibilisiert wird durch das primäre Hydratwasser (P~0.3 g H₂O g⁻¹Protein). Bei diesem Wassergehalt werden approximativ 3000 inter- und intracatenare Wasserbrücken vom Typ D...HOH...A ausgebildet, welche die helicale Struktur stabilisieren. Die beiden Neutralsalze KF und KI erhöhen, respektive reduzieren die konformative Stabilität von Tropocollagen. Diese Neutralsalzeffekte sind interpretierbar durch eine ionenspezifische Beeinflussung der Stabilität und Anzahl der helicalen Wasserbrücken. In einer weiteren Arbeit wurden die Protein- Hydratwasserphasen durch Messungen der eRdothermen Eis-Schmelzprozesse im Temperaturgebiet — 50 bis 10°C untersucht. Mit dieser Messtechnik sind in Protein- Wasser Systemen allgemein drei Wasserphasen unter scheidbar:bis- 50°C unausfrierbares Wasser (P Phase), ausfrierbares Wasser,das sich in Bezug auf:die Schmelzenthalpien,-Entropien und-Temperaturen von normalem Wasser signifikant unter scheidet(S Phase),und normales Wasser(B Phase).Diese Messungen wurden an Chymotrypsin und Tosylchymotrypsin ausgeführt. Durch die irreversible Enzyminhibitor Komplexbildung wird die Konformation des Enzyms beträchtlich verändert. Es konnte gezeigt werden, dass diese Konformationsänderung die Protein Hydrathüllen signifikant beeinflusst:Die Menge an P Wasser wird um 50 Mol pro Mol Chymotrypsin erhöht, die differentielle Schmelzwärme des S Wassers steigt um 38 J g⁻¹ H₂O an. Diese Veränderungen in der Protein Hydrathülle werden interpretiert als Phasenübergänge von Wassermolekeln, welche gekoppelt mit der Konformationsänderung des Makromoleküls stattfinden.Die freie Energie solcher Phasenübergänge im Subsystem Wasser kann von Bedeutung sein für den Δ G Term der biochemischen Gesamtreaktion, d.h. für die bioenergetische Funktion des Wassers.