Влияние воды и органических растворителей на вторичную структуру глобулярных белков в твердых препаратах по данным ИК-спектроскопии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.02, кандидат биологических наук Файзуллин, Джигангир Асхатович

• Файзуллин, Джигангир Асхатович
• кандидат биологических наук
• 2002

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Файзуллин, Джигангир Асхатович

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ГИДРАТАЦИЯ И ВТОРИЧНАЯ СТРУКТУРА БЕЖА 9 В ВОДНОМ И НЕВОДНОМ ОКРУЖЕНИИ (обзор)

1.1. Зависимость структуры и динамики белков от гидратации.

1.2. Свойства белков в органических средах.

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ

2.1. Постановка задачи диссертации и выбор объектов исследования.

2.2. Основные принципы ИК-спектроскопии в приложении к 46 исследованию белков.

2.3. Математическая обработка спектров.

2.4. Объекты исследования.

2.5. Регистрация спектров твердых и жидких образцов.

ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ДЕГИДРАТАЦИИ НА СТРУКТУРУ И 66 ДИНАМИКУ ГЛОБУЛЯРНЫХ БЕЛКОВ

3.1. Изучение спектральных проявлений дегидратации на модельных 66 системах.

3.2. Спектральные изменения при дегидратации белков.

3.3. Структура дегидратированных белков.

3.4. Зависимость флуктуационной динамики белков от дегидратации.

ГЛАВА 4. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СУХИХ БЕЛКОВ С ЧИСТЫМИ 92 ОРГАНИЧЕСКИМИ РАСТВОРИТЕЛЯМИ

ГЛАВА 5. СТРУКТУРА ТВЕРДЫХ БЕЛКОВЫХ ПРЕПАРАТОВ 104 В ВОДНО-ОРГАНИЧЕСКИХ СМЕСЯХ

5.1. Смеси декан-вода.

5.2. Смеси диоксан-вода.

5.3. Смеси ацетонитрил-вода

ВЫВОДЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние воды и органических растворителей на вторичную структуру глобулярных белков в твердых препаратах по данным ИК-спектроскопии»

Вода имеет кардинальное значение для функционирования белковых макромолекул [Каюшин, 1967]. В природе ферменты существуют чаще всего в водном окружении. В то же время за последние два десятилетия значительно возрос интерес исследователей к изучению физико-химических свойств белков в органических средах. В большинстве таких сред белок остается нерастворимым, образуя твердые суспензии. Тем не менее, как показывают накопленные к настоящему времени данные, многие ферменты в таких средах остаются активными или даже приобретают новые уникальные качества - повышенную термостабильность, стереоспецифичность, способность катализировать реакции, не протекающие в водной среде [Березин и др., 1987; Zaks, 1988; Березин, 1990; Гладилин, 1998]. Для понимания природы влияния органической среды на свойства белков и их каталитическую активность необходимо изучение состояния белковых макромолекул в столь необычных условиях. Имеющиеся данные свидетельствуют, что воздействие органических жидкостей на структуру, динамику и каталитические свойства белков весьма разнообразно. Вода является активным участником процесса взаимодействия белка с органическим окружением [Hailing, 1990; Kvittingen, 1994; Гладилин, 1998], и разделение вкладов взаимодействий белок - вода и белок - органический растворитель в таких системах представляет сложную задачу.

Одним из возможных подходов к этой проблеме может быть изучение свойств белков в виде твердых препаратов в водно-органических смесях, что позволяет систематическим образом варьировать влажность, состав среды и другие внешние параметры. При этом встает вопрос об адекватных методах исследования, дающих информацию о межмолекулярных взаимодействиях и состоянии белка. Большинство спектральных методов, традиционно применявшихся в молекулярной биологии для исследования структуры и свойств белков в водных растворах, здесь оказываются малопригодными. Высокий уровень рассеяния света, сильное поглощение органических жидкостей в информационно-важных участках диапазона частот, паразитная люминесценция в значительной мере ограничивают применение для целей анализа методов КД, УФ- и Рамановская спектроскопии. В то же время, ИК-спектроскопия, с методической точки зрения, не имеет существенных ограничений при работе с такими объектами. Использование современных светосильных ИК-спектрометров с высоким разрешением позволяет получать высококачественные спектры, содержащие информацию о структуре белка, величине сорбции и состоянии органического растворителя и воды, что делает ИК-спектроскопию оптимальным методом исследования подобных систем.

Мы полагаем, что с методической точки зрения оптимально разбиение сложной задачи взаимодействия твердого препарата белка с водно-органическим окружением на ряд более простых:

1) зависимость структуры белка от гидратации;

2) зависимость структуры белка от физико-химических свойств безводных органических растворителей;

3) зависимость структуры белка от состава водно-органических смесей.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы.

Заключение диссертации по теме «Биофизика», Файзуллин, Джигангир Асхатович

выводы.

1. Показано, что дегидратация твердых препаратов белков вызывает искажение нативной структуры, затрагивающее конформацию не только поверхностных, но и глубоко лежащих пептидных групп.

2. Обнаружено, что в процессе дегидратации происходит кратковременное повышение внутренней флуктуационной подвижности белка, вызванное неравновесностью дегидратированной структуры. Даже умеренная дегидратация, но повторяемая многократно, приводит к денатурации лабильных белков, таких как гемоглобин, их агрегации и переходу в нерастворимое состояние.

3. Установлено, что устойчивость сухого белка к воздействию органического растворителя зависит от термодинамической гидрофильности последнего и эта зависимость носит пороговый характер. Понижению порога способствует наличие в молекуле растворителя протонодонорных групп.

4. Выявлена линейная корреляция между тепловыми и спектральными эффектами внесения сухого белка в чистые органические растворители и водно-органические смеси.

5. Показано, что структура белка при переносе в водно-органическую смесь зависит от его исходного состояния (водный раствор или сухой белок), что обусловлено кинетической неравновесностью структуры дегидратированного препарата. В условиях равновесия величина структурных изменений пропорциональна количеству сорбированного органического растворителя.

6. Установлено, что набухание твердого препарата водно-органической смесью приводит к ослаблению межбелковых контактов в твердом образце, а структура белка, по сравнению с нативной, становится более регулярной и жесткой.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Файзуллин, Джигангир Асхатович, 2002 год

1. Абатуров J1.B. Водородный обмен в белках. В сб. Молекулярная биология. (Итоги науки и техники. ВИНИТИ АН СССР). М. 1976. Т.8. Часть 2. С.7-126.

2. Абатуров Л.В., Лебедев Ю.О., Носова Н.Г. Динамическая структура глобулярных белков: конформационная жесткость и флуктуационная подвижность. //Мол. биология. 1983. Т.17. С.543-567.

3. Абатуров Л.В., Лебедев Ю.О., Носова Н.Г. Водородный обмен в рибонуклеазе А. Пространственное распределение «необменоспособных» пептидных Н-атомов и динамические свойства третичной структуры. // ДАН 1997. Т.357. №3. С.406-409.

4. Абатуров Л.В., Файзуллин Д.А., Носова Н.Г. Вода как стабилизатор и пластификатор структуры глобулярных белков. //ДАН 1997. Т.355. С.1-4.

5. Абатуров Л.В., Лебедев Ю.О., Носова Н.Г. Конформационная динамика РНКазы А в кристалле и растворе: два типа внутримолекулярных движений. // ДАН 1999. Т.368. С.695-699.

6. Абецедарская Л.А., Мальцев Н.А., Мифтахутдинова Ф.Г., Федотов В.Д. Протонная релаксация в растворах и гелях некоторых белков. // Молек. Биология 1967. T.I. С.451-462.

7. Аксенов С.И. Вода и ее роль в регуляции биологических процессов М.: Наука, 1990, 113 с.

8. Александров В.Я. Реактивность клеток и белки. Л.: Наука, 1985, 318 с.

9. Беллами Л. Инфракрасные спектры сложных молекул. Пер. с англ. М.: Изд-во иностр. литературы, 1963, 590 с.

10. Беллами Л. Новые данные по ИК спектрам сложных молекул. Пер. с англ. М.: Мир, 1971,318 с.

11. Белова А.Б., Можаев В.В., Левашов А.В., Сергеева М.В., Мартинек К., Хмельницкий Ю.Л. Взаимосвязь физико-химических характеристик органических растворителей с их денатурирующей способностью по отношению к белкам. // Биохимия 1991. Т.56. С.1923-1945.

12. Березин И.В. Избранные труды. Исследования в области ферментативного катализа и инженерной энзимологии. М.: Наука, 1990.

13. Березин И.В., Клячко Н.Л., Левашов А.В., Мартинек К., Можаев В.В., Хмельницкий Ю.Л. Иммобилизованные ферменты. М.: Высшая школа, 1987, 159 с.

14. Брандтс Д.Ф. Конформационные переходы белков в воде и смешанных водных растворителях. (В кн.: Структура и стабильность биологических макромолекул. / Под ред. Волькенштейна М.В., М.: Мир, 1973. С.174.)

15. Буслов Д.К., Кохановская Н.А. О фильтрации спектральных кривых полосовым фильтром низких частот. // Журн. прикл. спектроскопии 1988, Т.49, №4, С.624-649.

16. Роуленд С., ред.: Вода в полимерах. Пер. с англ. М.: Мир, 1984, 555 с.

17. Гасан А.И., Кашпур В.А., Малеев В.Я. Термические перестройки и гидратация сывороточного альбумина. //Биофизика 1994. Т.39. С.588-593.

18. Гладилин А.К., Левашов А.В. Стабильность ферментов в системах с органическими растворителями. //Биохимия 1998. Т.63. №3. С.408-421.

19. Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. М.: Мир, 1984,365 с.

20. Есипова Н.Г., Лазарев Ю.А., Тиктопуло Е.И., Айзенхабер Ф. Экспериментальные свидетельства в пользу новой трактовки роли иминокислот в термодинамике белков коллагенового типа. // Биофизика 1993. Т.38. С.203-205.

21. Захарычев Д.В., Борисовер М.Д., Соломонов Б.Н. Изучение термостабильности человеческого сывороточного альбумина в неводномокружении методом дифференциальной сканирующей калориметрии. // ЖФХ 1995. Т.69. С.175-179.

22. Золотарев В.М., Демин А.В. Оптические постоянные воды в широком диапазоне длин волн 0,1 А 1 М. // Оптика и спектроскопия. 1977. Т.43. С.271.

23. Золотов А.В., Давыдова М.Н. Очистка и характеристика бисульфитредуктазы из Desulfovihrio desulfuricans. // Прикладная биохимия и микробиология, 1993. Т.29. Вып.2. С.212-217.

24. Кобяков В.В., Овсепян A.M., Панов В.П. Исследование гидратации поли-N-винилпирролидона методом ИК-спектроскопии. // Высокомолекулярные соединения 1981. Т.23 (А). С. 150-160.

25. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. М.: Химия, 1989.

26. Нарижнева Н.В., Уверский В.Н. Понижение диэлектрической проницаемости среды трансформирует белковую молекулу в состояние расплавленной глобулы. //Биохимия 1998. Т.63. №.4. С.532-540.

27. Пиментел Дж., МакКлеллан О. Водородная связь. М.: Мир, 1964. 462 с.

28. Райхардт К. Растворители и эффекты среды в органической химии. М.: Мир, 1991. 763 с.

29. Родионова М.В., Белова Ф.Б., Можаев В.В., Мартинек К., Березин И.В. О механизмах денатурации ферментов органическими растворителями. // ДАН СССР 1987. Т.292. №4. С.913.

30. Семенов М.А. Гидратируются ли азотистые основания в ДНК при низких влажностях? //Биофизика 1981. Т.26. С.979-984.

31. Каюшин Л.П., ред.: Состояние и роль воды в биологических объектах. М.: Наука, 1967.

32. Смит А. Прикладная ИК-спектроскопия. М.: Мир. 1982.

33. Сузи Г. "Инфракрасные спектры биологических макромолекул и модельных соединений" в кн.: Структура и стабильность биологических макромолекул., ред. Волькенштейн М.В., М.: Мир, 1973, стр. 481-584.

34. Тяги Р., Гупта М.Н. Использование химической модификации и химического сшивания для стабилизации белков (ферментов). // Биохимия 1998. Т.63. №3. С.398-407.

35. Файзуллин Д.А., Ступишина Е.А., Крушельницкий А.Г., Федотов В.Д. Динамические свойства биназы в растворе по данным водородного обмена и Н1-ЯМР релаксации.- Молекулярная биология, 1995, Т.29, №3, С.563-573.

36. Халгаш Я. Биокатализаторы в органическом синтезе. М.: Мир. 1991.

37. Хургин Ю.И., Азизов Ю.М., Абатуров JI.B., Коган Г.А., Росляков В.Я. Влияние диметилсульфоксида на вторичную структуру некоторых глобулярных белков. //Биофизика 1972. Т.17. №3. С.390-395.

38. Хургин Ю.И. Гидратация глобулярных белков. // ЖВХО им. Д.И.Менделеева. 1976. Т.21. С.684.

39. Хургин Ю.И., Шерман Ф.Б., Тусупкалиев У. Изотермы гидратации глобулярных белков в динамическом режиме. // Биохимия. 1977. Т.42. С.490-497.

40. Чиргадзе Ю.И. Инфракрасные спектры и структура полипептидов и белков. М.: Наука. 1965.

41. Чиргадзе Ю.Н., Овсепян A.M. Роль воды в подвижности пептидных структур. Изучение конформационных переходов полипептидов и олигопептидов при гидратации. // Биофизика 1972. Т.17. С.569-574.

42. Чиргадзе Ю.Н., Овсепян A.M. // Молек. биология 1972. Т.6. С.721-726.

43. Юхневич Г.В. Инфракрасная спектроскопия воды. М.: Наука, 1973.208 с.

44. Affleck R., Xu Z.F., Suzawa V., Focht K., Clark D.S., Dordick J.S. Enzymatic catalysis and dynamics in low-water environments. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1992. V.89. P.l 100-1104.

45. Affleck R., Haynes C.A., Clark D.S. Solvent dielectric effects on protein dynamics. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1992. V.89. P.5167-5170.

46. Almarsson O., Klibanov A.M. Remarcable activation of enzymes in nonaqueous media by denaturing organic cosolvents. // Biotech. Bioeng. 1996. V.49. P.87-92.

47. Alonso D.O.V., Dill K.A., Stigter D. The three states of globular proteins: acid denaturation. // Biopolymers, 1991, V. 31, P. 1631-1649.

48. Anderle G. & Mendelson R. Thermal denaturation of globular proteins. Fourier-transform infrared studies of the amid III spectral region. // Biophys. J. 1987, V.52, P.69-74.

49. Anthonsen Т., Sjursnes B.J. Importance of Water Activity for Enzyme Catalysis in Non-Aqueous Organic Systems. In: Gupta M.N., ed. Methods in Non-Aqueous Enzymology. Birhauser Verlag, Basel Boston - Berlin 2000. P.218.

50. Baenziger J.E., Miller K.W., Rotschild K.J. Fourier transform infrared difference spectroscopy of the nicotinic acetylcholine receptor: evidence for specific protein structural changes upon desensitization. // Biochemistry. 1993 V.32. P.5448-5454.

51. Bandekar J. Amide modes and protein conformation. // BBA 1992, V.1120, P.123-143.

52. Barth A., Mantele W., Kreutz W. Infrared spectroscopic signals arising from ligand binding and conformational changes in the catalytic cycle of sarcoplasmic reticulum calcium ATPase. // BBA 1991, V.1057, P.l 15-123.

53. Barlow D.J., Poole P.L. The hydration of protein secondary structures. // FEBS Lett. 1987. V.213. P.423-427.

54. Bell G., Hailing P.J., Moore B.D., Partridge J., Rees D.G. Biocatalyst behavior in low-water systems. // Trends Biotechnol. 1995. V.13. P.468-473.

55. Bell G., Janssen A.E.M., Hailing P.J. Water activity fails to predict critical hydration level for enzyme activity in polar organic solvents: interconversion of water concentrations and activities. // Enzyme Microb. Technol. 1997. V.20. P.471-477.

56. Bohm S., Abaturov L.V. Structural changes of met-haemoglobin by dehydration. //FEBS Lett. 1977. V.77. P.21-24.

57. Borisover M.D., Zakharychev D.V., Solomonov B.N. Effect of solvent composition on DSC exothermic peak of human serum albumin suspended in pyridine-n-hexane mixtures // J. Therm. Anal. Calorimetry 1999. V.55. P. 8592.

58. Borisover M.D., Sirotkin V.A., Solomonov B.N. Interactions of water with human serum albumin suspended in water-organic mixtures. // Thermochim. Acta 1996. V.284. P.263-277.

59. Borisover M.D., Sirotkin V.A., Solomonov B.N. Calorimetric study of human serum albumin in water-dioxan mixtures. // J. Phys. Org. Chem. 1993. V.6. P.251-253.

60. Sirotkin V.A., Borisover M.D., Solomonov B.N. Heat effects and water sorbtion by human serum albumin on its suspension in water-dimethyl sulphoxide mixtures. // Thermochim. Acta 1995. V.256. P. 175-183.

61. Bourquelot E., Bridel M. Isolierung aus Wuzzeln von Verbascum thapsiforme. H J. Pharm. Chim. 1911. V.4. P.385.

62. Bovara R, Pasta P, Cremonesi P. Continuous monitoring in enzyme immobilization. // Biotech. Bioeng. 1976. V.18. P. 1017-1021.

63. Braiman M.S. & Rothschild K.J. Fourier transform infrared techniques for probing membrane protein structure. // Annu. Rev. Biophys. Biophys. Chem. 1988. V.17. P.541-570.

64. Broos J, ter Veld F, Robillard GT. Membrane protein-ligand interactions in Escherichia coli vesicles and living cells monitored via a biosynthetically incorporated tryptophan analogue. // Biochemistry 1999. V.38. P.9798-9803.

65. Bryan W.P. Thermodynamic models for water-protein sorption hysteresis. // Biopolymers 1987. V.26. P. 1705-1716.

66. Buchet R., Jona I., Martonosi A. Ca2+ release from caged-Ca2+ alters the FTIR spectrum of sarcoplasmic reticulum. // BBA 1991. V.1069. P.209-217.

67. Buontempo U., Careri G., Fasella P. Hydration water of globular proteins: the infrared band near 3300 cm"1. // Biopolymers 1972, V.l 1, P.519.

68. Byler M., Susi H. Examination of the secondary structure of proteins by deconvolved FTIR spectra. // Biopolymers 1986, V.25, P.469-487.

69. Cameron D.G., Moffatt D.J. A generalized approach to derivative spectroscopy. // Appl. Spectr. 1987, V.41, P.539-544.

70. Cantor C.R., Schimmel P.R., Biophysical Chemistry, Parts I-III. W.H.Freeman, ed., San Francisco, 1980. (Русский перевод: Кантор Ч., Шиммел П., ред.: Биофизическая химия, ч. 1-3. М.: Мир, 1984.)

71. Careri G., Giansanti A., Gratton Е. Lysozyme film hydration events: an IR and gravimetric study. // Biopolymers 1979. V.l8. P. 1187-1203.

72. Careri G., Gratton E. The statistical time correlation approach to enzyme action: the role of hydration, (in: The Fluctuating Enzyme. Ed. by G. Rickey Welch, J.Wiley & Sons, New York, 1986. P.227-262.)

73. Carpenter J.F., Crowe L.M., Crowe J.H. Stabilization of phosphofructokinase with sugars during freeze-drying: characterization of enhanced protection in the presence of divalent cations. // BBA 1987. V.923. P. 109-115.

74. Carpenter J.F., Crowe J.H. An infrared spectroscopic study of the interactions of carbohydrates with dried proteins. //Biochemistry 1989. V.28. P.3916-3922.

75. Carrier D, Mantsch H.H., Wong P.T.T. Protective effect of lipidic surfaces against pressure-induced conformational changes of poly-(L-lysine). // Biochemistry 1990, V.29, P.254-258.

76. Carter D.C., He X.-M., Munson S.H., Twigg P.D., Gernert K.M., Broom M.B., Miller T.Y. Three-dimensional structure of human serum albumine. // Science 1989. V.244. P.1195-1198.

77. Caughey B.W., Dong A., Bhat K.S., Ernst D., Hayes S.F., Caughey W.S. Secondary structure analysis of the scrapie-associated protein PrP 27-30 in water by infrared spectroscopy. // Biochemistry 1991, V.30, P.7672-7680.

78. Chen X.G., Schweitzer-Stenner R., Krimm S., Mirkin N.G., Asher S.A. N-Methylacetamide and Its Hydrogen-Bonded Water Molecules are Vibrationally Coupled. // JACS 1994, V.l 16, P. 11141-11142.

79. Chirgadze Y.N., Fedorov O.V., Trushina N.P. Estimation of amino acid residue side-chain absorption in the infrared spectra of solutions in heavy water. // Biopolymers 1975. V.14. P.679-694.

80. Chirgadze Yu.N., Shestopalov B.V., Venyaminov S.Y. Intensities and other spectral parameters of infrared amide bands of polypeptides in the (3- and random forms. //Biopolymers 1973. V.12. P.1337-1351.

81. Chirgadze Yu.N., Brazhnikov E.V. Intensities and other spectral parameters of infrared amide bands of polypeptides in the a-helical form. // Biopolymers 1974. V.13. P.1701-1712.

82. Chirgadze Yu.N., Nevskaya N.A. Infrared spectra and resonance interactions of amide-I vibration of the antiparallel-chain pleated sheet. // Biopolymers 1976. V.15. P.607-625.

83. Chirgadze Yu.N., Nevskaya N.A. Infrared spectra and resonance interactions of amide-I vibration of the parallel-chain pleated sheet. // Biopolymers 1976. V.15. P.627-636.

84. Compton L.A. & Johnson W.C. Analysis of protein circular dichroism spectra for secondary structure using a simple matrix multiplication. // Anal. Biochem. 1986, V.155, P.155-167.

85. Costantino H.R., Langer R., Klibanov A.M. Solid-phase aggregation of proteins under pharmaceutically relevant conditions. // J. Pharm. Sci. 1994, V.83, P. 1662-1669.

86. Costantino H.R., Langer R., Klibanov A.M. Moisture-induced aggregation of lyophilized insulin. // Pharm. Res. 1994, V.l 1, P.21-29.

87. Costantino H.R., Griebenow K., Mishra P., Langer R., Klibanov A.M. Fourier-transform infrared spectroscopic investigation of protein stability in the lyophilized form. //BBA 1995. V.1253. P.69-74.

88. Costantino H.R., Schwendeman S.P., Griebenow K., Klibanov A.M., Langer R. The secondary structure and aggregation of lyophilized Tetanus toxoid // J. Pharm. Sci. 1996, V.85, P.1290-1293.

89. Dabulis K., Klibanov A.M. Dramatic enhancement of enzymatic activity in organic solvents by lioprotectants. // Biotech. Bioeng. 1993. V.41. P.566-571.

90. Dastoli F.R., Misto W.A., Price S. Reactivity of active sites of chymotrypsin suspended in an organic medium. // Arch. Biochem. Biophys. 1966. V.l 15. P.44-47.

91. Denisov V.P., Halle В. Direct observation of calcium-coordinated water in calbindin D9k by nuclear magnetic relaxation dispersion. // JACS 1995, V.117, P.8456-8465.

92. Denisov V.P., Halle B. Hydrogen exchange and protein hydration.// JMB 1995, V.245, P.698-709.

93. Denisov V.P., Halle B. Protein hydration dynamics in aqueous solution. // JMB 1995, V.245, P.682-697.

94. Denisov V.P., Halle В., Peters J., Horlein H.D. // Residence times of the buried water molecules in bovine pancreatic trypsin inhibitor and its G36S mutant. // Biochemistry 1995, V.34, P.9046-9051.

95. Denisov V.P., Halle B. Protein hydration dynamics in aqueous solution. // Faraday Discuss. 1996, V.103, P.227-244.

96. Denisov V.P., Peters J., Horlein H.D., Halle B. Using buried water molecules to explore the energy landscape of proteins. // Nature Struct. Biology 1996, V.3, P.505-509.

97. Desai U.R., Klibanov A.M. Assessing the structural integrity of a lyophilized protein in organic solvents. // JACS 1995. V.l 17. P.3940-3945.

98. Dong A., Caughey В., Caughey W.S., Bhat K.S., Сое J.E. Secondary structure of pentraxin female protein in water determined by infrared spectroscopy: effects of calcium and phosphorylcholine. // Biochemistry 1992, V.31, P.9364-9370.

99. Dong A., Huang P., Caughey W.S. Protein secondary structures in water from second-derivative amide I infrared spectra. // Biochemistry 1990, V.29, P.3303-3308.

100. Dong A., Huang P., Caughey W.S. Redox-dependent changes in (3-extended chain and turn structures of cytochrome с in water solution determined by second derivative amide I infrared spectra. // Biochemistry 1992, V.31, P. 12189.

101. Dong A., Meyer J.D., Kendrick B.S., Manning M.C., Carpenter J.F. Effect of secondary structure on the activity of enzymes suspended in organic solvents. // Arch. Biochem. Biophys. 1996. V.334. P.406-414.

102. Dong A., Kendrick В., Kreilgard L., Matsuura J., Manning M.C., Carpenter J.F. Spectroscopic study of secondary structure and thermal denaturation of recombinant human factor XIII in aqueous solution. // Arch. Biochem. Biophys. 1997, V.347, P.213-220.

103. Doolittle M., Reue K. Lipase and Phospholipase Protocols. Humana, 1999.

104. Dordick J.S. Enzymatic catalysis in monophasic organic solvents. // Enz. Microb. Technol. 1989. V.ll. P. 194-211.

105. Dousseau F., Therrien M., Pezolet M. // Appl. Spectr. 1989. V.43. P.538-542.

106. Douzou P. Cryobiochemistry. Academic Press, New York, 1977.

107. Doyle B.B., Bendit E.G., Blout E.R. Infrared spectroscopy of collagen and collagen-like polypeptides. //Biopolymers 1975. V.14. P.937-957.

108. Dukret A., Trani M., Lortie R. Lipase catalyzed enantioselective esterification of ibuprofen in organic solvents under controlled water activity. // Enzyme Microb. Technology 1998. V.22. 212-216.

109. Englander S.W., Kallenbach N.R. Hydrogen exchange and structural dynamics of proteins and nucleic acids. // Quart.Rev.Biophys. 1984. V.16. P.521-655.

110. Falk M., Poole A.G., Goymour C.G. // Can. J. Chem. 1970. V.48. P.1536-1539.

111. Fawcett W.R., Liu G., Kessler T. Solvent-induced frequency shifts in the infrared spectrum of acetonitrile in organic solvents. // J. Phys. Chem. 1993. V.93. P.9293.

112. Fedotov V.D., Obuchov N.P., Spevacek J., Straka J. Nuclear magnetic relaxation and molecular motion in solid lysozyme. // Macromol. Chem., Macromol. Symp. 1990. V.34. P.249-261.

113. Finer-Moore J.S., Kossiakoff A.A., Hurley J.H., Earnest Т., Stroud R.M. Solvent structure in crystals of trypsin determined by X-ray and neutron diffraction. //Proteins: Struc., Func., Gen. 1992. V.12. P.203-222.

114. Fitzpatrick P.A., Klibanov A.M. How can the solvent affect enzyme enantioselectivity? // JACS 1991. V. 113. P.3166.

115. Fitzpatrick P.A., Ringe D., Klibanov A.M. X-ray crystal structure of cross-linked subtilisin Carlsberg in water vs acetonitrile. // Biochem. Biophys. Res. Commun. 1994. V.198. P.675-681.

116. Franks F. (Ed.). Water a Comprehensive Treatise. V.4. Plenum Press, New York-London. 1975.

117. Franks F. Protein stability: the value of'old literature'. // Biophys. Chem. 2002. V.96.P.117-27.

118. Fraser P.E., Nguen J.T., Surewicz W.K., Kirschner D.A. pH-dependent structural transitions of Alzheimer amyloid peptides. // Biophys. J. 1991. V.60. P.l 190-1201.

119. Gavish B. Molecular dynamics and transient strain model of enzyme catalysis. -In: G.R.Welch, ed,: The fluctuating enzyme. J.Wiley & Sons, 1986. P.263-340.

120. Garza-Ramoz G., Darszon A., de Gomez-Puyou M.T., Gomez-Puyou A. Enzyme catalysis in organic solvents with low water content at high temperatures. The adenosinetriphosphatase of submitochondrial particles. // Biochemistry 1990. V.29. P.751-5-757.

121. Gershtein M., Lynden-Bell R.M. What is the natural boundary of a protein in solution? // JMB 1993, V.230, P.641-650.

122. Goormaghtigh E., Cabiaux V., Ruysschaert J.-M. Secondary structure and dosage of soluble and membrane proteins by attenuated total reflection Fourier-transform infrared spectroscopy on hydrated films. // Eur. J. Biochem. 1990. V.193.1. P.409-420.

123. Gorbatchuk V.V., Ziganshin M. A., Solomonov B. N. Supramolecular interactions of solid human serum albumin with binary mixtures of solvent vapors. // Biophys. Chem. 1999. V.81, P. 107.

124. Gorman L., Dordick J. Organic solvents strip water off Enzymes. // Biotechnol. Bioeng. 1992. V.39. P.392-397.

125. Gregory R. B. Protein Hydration and Glass Transition Behavior. In: R.B. Gregory, ed. Protein-solvent interaction. Vol. 264. Marcel Dekker, New York, 1995. P.191-264.

126. Griebenow K., Klibanov A.M. Lyophilization-induced reversible changes in the secondary structure of proteins. // Proc. Natl. Acad. Sci. 1995, V.92, P. 1096910976.

127. Griebenow K., Klibanov A.M. On protein denaturation in aqueous-organic mixtures but not in pure organic solvents. // JACS 1996. V:118. P. 11696-11700.

128. Griebenow K., Klibanov A.M. Can conformational changes be responsible for solvent and excipient effects on the catalytic behavior of subtilisin carlsberg in organic solvents? //Biotechn. Bioeng. 1997. V.53. P.351-362.

129. Griebenow К., Laureano Y.D., Santos A.M. et al. Improved Enzyme Activity and Enantioselectivity in Organic Solvents by Methyl-cyclodextrin // JACS 1999. V.121. P.8157.

130. Griebenow K., Vidal M., Baez C., Santos A.M., Barletta G. Nativelike enzyme properties are important for optimum activity in neat organic solvents. // JACS 2001. V.123. P.5380-5381.

131. Guinn R.M., Skerker P.S., Kavanaugh P., Clark D.S. Activity and flexibility of alcoholdehydrogenase in organic solvents. // Biotechnol. Bioeng. 1991. V.37. P.303.

132. Gupta M.N., Batra R., Tyagi R., Sharma A. The Guiding Solvent Parameter for Enzyme Stability in Aqueous-Organic Cosolvent Mixtures. // Biotechnol. Prog. 1997. V.13.P.284-288.

133. Gupta M.N. Non-aqueous enzymology: issues and perspectives. In: Gupta M.N., ed. Methods in Non-Aqueous Enzymology. Birhauser Verlag, Basel -Boston Berlin 2000. P.218.

134. Hailing P. High-affinity binding of water by proteins is similar in air and in organic solvents. //BBA 1990. V.1040. P.225-228.

135. Haris P.I, Robillard G.T., van Dijk A.A., Chapman D. Potential of 13C and 15N labeling for studying protein-protein interactions using Fourier transform infrared spectroscopy. // Biochemistry 1992. V.31. P.6279-6284.

136. Haris P.I. & Chapman D. Does Fourier-transform infrared spectroscopy provide useful information on protein structures? // Trends Biophys. Sci. 1992, V.17, P.328-333.

137. Hartsough D.S., Merz K.M., Jr. Protein Dynamics and solvation in aqueous and nonaqueous environments. // JACS 1993. V.l 15. P.6529-6537.

138. Holloway P.W., Mantsch H.H. Structure of cytochrome b5 in solution by Fourier-transform infrared spectroscopy. //Biochemistry 1989. V.28.P.931-935.

139. Jackson M, Haris P.I., Chapman D. // BBA 1989. V.998. P.75-79.

140. Jackson ML, Mantsch H.H. Halogenated alcohols as solvents for proteins: FTIR spectroscopic studies. // BBA 1992. V.l 118. P.139-143.

141. Janzen H., Matuszak E., von Goldammer E., Wenzel H.R. Thermodynamic and magnetic resonance studies on the hydration of polymers: II. Protein-water interactions in powdered ribonuclease. // Z. Naturforsh. 1988. V.C43. P.285-293.

142. Janin J., Miller S., Chotia C. Surface, subunit interface and interior of oligomeric proteins. // JMB 1988, V.204, P.155-164.

143. Jowitt R. et al., editors: Physical Properties of Foods. Applied Science Publishers Ltd, GB, 1983, pp. 425.

144. Kaiden K., Matsui Т., Tanaka S. A study of the amide III band by FT-IR spectrometry of the secondary structure of albumin, myoglobin and y-globulin. //Appl. Spectr. 1987, V.41, P. 180-184.

145. Kauppinen J.K., Moffatt D.J., Mantsch H.H., Cameron D.G. Fourier self-deconvolution: a method for resolving intrinsically overlapped bands. // Appl. Spectr. 1981, V.35,P.271-276.

146. Khmelnitsky Y.L., Mozhaev V.V., Belova A.B., Sergeeva M., Martinek K. Denaturation capacity: a new quantitative criterion for selection of organic solvents as reaction media in biocatalysis. // Eur. J. Biochem. 1991. V.198. P.31-41.

147. Kijima Т., Yamamoto S., Kise H. Fluorescence spectroscopic study of subtilisins as relevant to their catalytic activity in aqueous-organic media. // Bull. Chem. Soc. Jpn. 1994. V.67. P.2819-2824.

148. Klibanov A.M. Enzymes that work in organic solvents. // CHEMTECH 1986. V.16. P.354-359.

149. Klibanov A.M. Enzymatic catalysis in anhydrous organic solvents. // Trends Biochem. Sci. 1989. V.14. P.141.

150. Klibanov A.M. Why are enzymes less active in organic solvents than in water? // Trends Biotechnol. 1997. V.15. P.97-101.

151. Kodandapani R., Suresh C.G., Vijajan M. Crystal structure of low humidity tetragonal lysozyme at 2.1-A resolution. // J. Biol. Chem. 1990. V.265. P.16126-16131.

152. Koskinen A.M.P., Klibanov A.M., eds. Enzymatic reactions in organic media. Glasgow: Blackie Acad. & Prof., 1996.

153. Krimm S. Vibrational analysis of conformations in peptides, polypeptides and proteins. //Biopolymers 1983. V.22. P.217-225.

154. Krimm S., Bandekar J. Vibrational spectroscopy and conformation of peptides, polypeptides, and proteins. // Adv. Protein Chemistry 1986. V.38. P. 181-364.

155. Kuhn L.A., Siani M.A., Pique M.E., Fisher C.L., Getzoff E.D., Tainer J.A. The interdependence of protein surface topography and bound water molecules revealed by surface acessibility and fractal density measures. // JMB 1992. V.228. P. 13-22.

156. Kuntz I.D. Tertiary structure in carboxypeptidase // JACS 1972. V.94. P.8568-8572.

157. Kuntz I.D., Jr., Brassfield T.S., Law G.D., Purcell G.V. Hydration of macromolecules. // Science 1969, V.21, P. 1329-1331.

158. Kuntz I.D., Kauzmann W. Hydration of proteins and polypeptides. // Adv. Protein Chem. 1974. V.28. P.239.

159. Kvittingen L. Some aspects of biocatalysis in organic solvents. // Tetrahedron 1994. V.50. N.28. P.8253-8274.

160. Laane C. Medium engineering for bio-organic synthesis. // Biocatalysis 1987. V.1.P.17.

161. Lee D.C., Haris P.L, Chapman D., Mitchell R.C. Determination of protein secondary structure using factor analysis of infrared spectra // Biochemistry 1990. V.29. P.9185-9193.

162. Lee S.B., Kim K.-J. Effect of water activity on enzyme hydration and enzyme reaction rate in organic solvents. // J. Ferment. Bioeng. 1995. V.79. P.473-478.

163. Levitt M., Park B.H. Water: now you see it, now you don't. // Structure 1993, V.l, P.223-226.

164. Liu R., Langer R., Klibanov A.M. Moisture-induced aggregation of lyophilized proteins in the solid state. // Biotech. Bioeng. 1991. V.37. P. 177-184.

165. Luscher-Mattli M., Ruegg M. Thermodynamic functions of biopolymer hydration. I. Their determination by vapour pressure studies, discussed in an analysis of the primary hydration process. // Biopolymers 1982, V.21, P.419.

166. Madhusudan, Vijayan M. Rigid and flexible regions in lysozyme and the invariant features in its hydration shell. // Current Science 1991. V.60. P. 165170.

167. Madhusudan, Kodandapani R., Vijayan M. Protein hydration and water structure: X-ray analysis of a closely packed protein crystal with very low solvent content. // Acta Cryst. 1993. V. D49. P.234-245.

168. Makarov A.A., Adzhubei I.A., Protasevich I.I., Lobachov V.M., Fasman G.D. Melting of left-handed helical conformation of charged poly-L-lysine. // Biopolymers 1994. V.34. P.l 123-1124.

169. McMinn J.H., Sowa M.J., Charnick S.B., Paulaitis M.E. The hydration of proteins in nearly anhydrous organic solvent suspensions. // Biopolymers 1993. V.33. P.1213-1224.

170. Morozov V.N., Morozova T.A., Kachalova G.S., Myachin E.T. Interpretation of water desorption isotherms of lysozyme. // Int. J. Biol. Macromol. 1988, V.10, P.329-336.

171. Muga A., Mantsch H.H., Surewicz W.K. Membrane binding induces destabilization of cytochrome с structure // Biochemistry 1991. V.30. P.7219-7224.

172. Nakanishi M., Tsuboi M. Fluctuation of lysozyme structure. II. Effects of temperature and binding of inhibitors. // J. Mol. Biol. 1973. V.75. P.673-682.

173. Nevskaya N.A., Chirgadze Yu.N. Infrared spectra and resonance interactions of amide-I and II vibrations of a-helix. // Biopolymers 1976. V.15. P.637-648.

174. Olinger J.M., Hill D.M., Jacobsen R.J., Brody R.S. Fourier transform infrared studies of ribonuclease in H20 and 2H20 solutions. // Biochim. Biophys. Acta 1986. V.869. P.89-98.

175. Oste-Triantafyllou A., Wehtje E., Adlercreutz P., Matiasson B. Calorimetric studies on solid alpha-chymotrypsin preparations in air and in organic solvents. // BBA 1996. V.1295.P.110-118.

176. Ottung G., Liepinsh E., Wuthrich K. Protein hydration in aqueous solution. // Science 1991, V.254, P.974-980.

177. Parker M.C., Moore B.D., Blacker A.J. Measuring enzyme hydration in nonpolar organic solvents using NMR. // Biotechnol. Bioeng. 1995. V.46. P.452-458.

178. Partridge J., Dennison P.R., Moore B.D., Hailing P.J. Activity and mobility of subtilisin in low water organic media: hydration is more important than solvent dielectric. //BBA 1998. V.l386. P.79-89.

179. Partridge J., Moore B.D., Hailing P.J. a-Chymotrypsin stability in aqueous -acetonitrile mixtures: is the native enzyme thermodynamically ore kinetically stable under low water conditions? // J. Mol. Catalysis B: Enzymatic 1999. V.6. P.ll-20.

180. Perrin D.D., Armarego W.L.F., Perrin D.R. Purification of Laboratory Chemicals. Oxford: Pergamon Press, 1980.

181. Poole P.L., Finney J.L. Sequential hydration of a dry globular protein. // Biopolymers 1983. V.22. P.255-260.

182. Poole P.L., Finney J.L. Sequential hydration of dry proteins: a direct difference IR investigation of sequence homologs lysozyme and a-lactalbumin. // Biopolymers 1984. V.23. P. 1647-1666.

183. Poole P.L., Barlow D.J. The relation of ion pairs to protein hydration: an IR-spectroscopic and X-Ray crystallographic survey. // Biopolymers 1986. V.25. P.317-335.

184. Poole P.L., Finney Y.L. Solid-phase protein hydration studies, in: Methods in Enzymology, 1986. V.127. Part O. P. 284-293.

185. Prats M., Tocanne J.-F., Teissie J. // Lateral diffusion of protons along phospholipid monolayers. // J. Membr. Biol. 1987. V.99. P.225-227.

186. Prestrelski S.J., Tedeschi N., Arakawa Т., Carpenter J.F. Dehydration-induced conformational transitions in proteins and their inhibition by stabilizers. // Biophys. J. 1993. V.65. P.661-671.

187. Privalov P.L., Griko Yu.V., Venyaminov S.Yu. Cold denaturation of myoglobin. //JMB 1986. V.190. P.487-498.

188. Rothschild K.J., Gillespie J., DeGrip W.J. Evidence for rhodopsin refolding during the decay of Meta II. // Biophys J. 1987. V.51. P.345-350.

189. Rupley J.A., Gratton E., Carreri G. Water and globular proteins. // Trends Biochem. Sci. 1983. V.8. P.18.

190. Rupley J.A., Careri G. Protein hydration and function. // Adv. Protein Chem. 1991, V. 41, P. 37-182.

191. Russel A.J., Klibanov A.M. Inhibitor-induced enzyme activation in organic solvents. // J. Biol. Chem. 1988. V.263. P. 11264-11266.

192. Russel A.J., Trudel L.J., Skipper P.L., Groopman J.D., Tannenbaum S.D., Klibanov A.M. Antibody antigen binding in organic solvents. // Biochem. Biophys. Res. Commun. 1989. V.158. P.80-85.

193. Sanches R., Melo W.L.B., Colombo M.F. Effects of hydration in the oxigenation and autooxidation of carbonmonoxyhemoglobin powder. // BBA 1986. V.874. P. 19-22.

194. Santos A.M., Clemente I.M., Barletta G., Griebenow K. Activation of serine protease subtilisin Carlsberg in organic solvents: combined effect methyl-{3-cyclodextrin and water. // Biotechnology Letters 1999. V.21. P. 1113-1118.

195. Sarver R.W., Krueger W.C. An infrared and circular dichroism combined approach to the analysis of protein secondary structure. // Anal. Biochem. 1991. V.194. P.9-100.

196. Singer S.J. The properties of proteins in nonaqueous solvents. // Adv. Prot. Chem. 1962, V.17,P.l-68.

197. Sreenivasan U., Axelsen P.H. Buried water in homologous serine proteases. // Biochemistry 1992. V.31. P. 12785-12791.

198. Steinbach P.J., Brooks B.B. Protein hydration elucidated by molecular dynamics simulation. //PNAS 1993, V.90, P.9135-9139.

199. Steiner Т., Saenger W. The ordered water cluster in vitamine В12 coenzyme at 15 К is stabilised by C-H"0 hydrogen bonds. // Acta Cryst. 1993. V.D 49. P.592-593.

200. Stryker M., Parker F. A hydrogen-deuterium exchange study of the conformation of bovine liver glutamate dehydrogenase. // Arch. Biochem.Biophys. 1970. V.141. P.313-321.

201. Surewicz W.K., Mantsch H.H. New insight into protein secondary structure from resolution-enhanced infrared spectra. // Biochim. Biophys. Acta 1988. V.952/P.115-130.

202. Surewicz W.K., Mantsch H.M., Chapman D. Determination of protein structure by Fourier transform infrared spectroscopy: a critical assessment. // Biochemistry 1993, V.32, P.389-394.

203. Susi H., Byler D.M., Purcell J.M. Estimation of ^-structure content of proteins by means of deconvolved FTIR spectra. // J. Biochem. Biophys. Methods 1985, V.l 1, P.235-240.

204. Susi H., Byler D.M. Fourier transform infrared study of proteins with parallel beta-chains. // Arch. Biochem. Biophys. 1987. V.258. P.465-469.

205. Sutherland G.B.B.M., Thompson H.W. Infrared spectroscopy review. // Trans. Faraday Soc., 1945, V.41, P.175-199.

206. Tiffani M.L., Krimm S. Effect of temperature on the circular dichroism spectra of polypeptides in the extended state. //Biopolymers 1972. V.l 1. P.23 09-2316.

207. Timasheff S.G. and Fasman G.D., editors: Structure and stability of biological macromolecules. 1969, Marcel Dekker, New York. (Русский перевод: Структура и стабильность биологических макромолекул. Под. ред. ВолькенштейнаМ.В. М.: Мир, 1973, 584 с.)

208. Tomiuchi Y., Kijima Т., Kise Н. Fluorescence Spectroscopic Study of a-Chymotrypsin as Relevant to Catalytic Activity in Aqueous-Organic Media. // Bull. Chem. Soc. Jap. 1993. V.66. P.l 176-1181.

209. Torii H, Tasumi M. Model calculations on the amide-I infrared bands of globular proteins. // J. Chem. Phys. 1992. V.96. P.3379-3387.

210. Trewhella J., Liddle W.K., Heidorn D.B., Strynadka N. // Biochemistry 1989, V.28, P.1294-1301.

211. Veniaminov S.Y. & Kalnin N.N. Quantitative IR spectrophotometry of peptide compounds in water (H2O) solutions. I. Spectral parameters of amino acid residue absorption bands. // Biopolymers 1990, V.30, P. 1243-1257.

212. Veniaminov S.Y. & Kalnin N.N. Quantitative IR spectrophotometry of peptide compounds in water (H20) solutions. III. Estimation of the protein secondary structure. // Biopolymers 1990, V.30, P. 1273-1280.

213. Waks M. Proteins and peptides in water-restricted environments. // Proteins: Struct. Func. Genetics 1986. V.l. P.4-15.

214. Wangikar P.P., Carmichael D., Clark D.S., Dordick J.S. Active-site titration of serine proteases in organic solvents. // Biotech. Bioeng. 1996. V.50. P.329-335.

215. Wangikar P.P., Michels P.C., Clark D.S., Dordick J.S. Structure and Function of Subtilisin BPN' Solubilized in Organic Solvents // JACS 1997. V.l 19. P.70-76.

216. Williams R.W. Estimation of protein secondary structure from the laser Raman amide I spectrum. // J. Mol. Biol. 1983. V.166. P.581-603.

217. Willis H.A., Van Der Maas J.H., Miller R.G.J. Laboratory Methods in Vibrational Spectroscopy. Third edition. // Chichester, New York, Brisbane: John Willey & Sons, 1987, 600 P.

218. Wong P.T.T., Heremans K. Pressure effects on protein secondary structure and hydrogen deuterium exchange in chymotrypsinogen: a Fourier transform infrared spectroscopic study. // Biochym. Biophys. Acta 1988. V.956. P.1-9.

219. Xu K., Griebenow K., Klibanov A.M. Correlation between catalytic activity and secondary structure of subtilisin dissolved in organic solvents. // Biotech. Bioeng. 1997. V.56. P.485-491.

220. Yennawar N.H., Yennawar H.P., Farber G.K. X-ray crystal structure of y-chymotrypsin in hexane. // Biochemistry 1994. V.33. P.7326-7336.

221. Zaks A., Klibanov A.M. Enzymatic catalysis in organic media at 100°C. // Science. 1984. V.224. P. 1249.

222. Zaks A., Klibanov A.M. Enzyme-catalysed processes in organic solvents. // PNAS. 1985. V.82. P.3192.

223. Zaks A., Klibanov A.M. Enzymatic catalysis in nonaqueous solvents. // J. Biol. Chem. 1988. V.263. P.3194-3201.

224. Zaks A., Klibanov A.M. The effect of water on enzyme action in organic media. // JMB 1988. V.263. P.8017-8021.

225. Zaks A., Russel A.J. Enzymes in organic solvents: properties and applications. // J. Biotechnol. 1988, V.8, P.259-270.

226. Zundel G. Hydration and Intermolecular interactions. Academic Press. New York. 1969.