Über den Einfluß von Wasserstruktur und elektrostatischen Wechselwirkungen auf die Konformationsumwandlung von Polypeptiden und Proteinen

Zusammenfassung

Es wird der Einfluß ionogener Seitengruppen von Poly-α-aminosäuren auf die Stabilität der α-Helix in wäßrigen Lösungen in Zusammenhang mit deren strukturbildendem bzw. -brechendem Einfluß gegenüber Wasser sowie der mit zunehmender Zahl vor CH₂-Gruppen der Seitenketten steigenden Stabilisierung durch hydrophobe Wechselwirkungen diskutiert.

Ionisierung der Seitengruppen bewirkt infolge der gegenseitigen elektrostatischen Abstoßung der geladenen Gruppen eine starke Destabilisierung der α-Helix. Im Fall der basischen Poly-α-aminosäuren Poly-(L-ornithin), Poly-(L-lysin) etc. kann die α-Helix durch Zugabe von Perchlorationen sowie einiger anderer einwertiger Anionen in bestimmten Temperatur- und Konzentrationsgebieten im gesamten pH-Bereich stabilisiert werden. Dies kann auf einen elektrostatischen Abschirmeffekt der von den Polykationen relativ fest sorbierten Anionen zurückgeführt werden. Demgegenüber wirken die zweiwertigen Sulfationen nicht stabilisierend auf die α-Helix protonierter basischer Poly-α-aminosäuren. Dies könnte dadurch bedingt sein, daß bei einer analog zum Perchlorat erfolgenden festen Zuordnung zum Polykation eine negative Überschußladung längs des Polymermoleküls auftritt, die wiederum der α-Helixbildung entgegenwirkt. Andererseits ist es möglich, daß Sulfationen nicht spezifisch adsorbiert werden.

Zur Klärung dieser Fragen wurden Sedimentationsuntersuchungen in der analytischen Ultrazentrifuge durchgeführt. Da nämlich durch eine spezifische Anionenadsorption das Molekulargewicht des Polykations zunehmen sollte, müßte auch eine Zunahme des korrigierten Sedimentationskoeffizienten (S_{w, 20})_c mit der Anionenkonzentration zu beobachten sein. Außerdem sollte (S_{w, 20})_c bzw. (S_{20. w})₀ mit steigender Temperatur aufgrund der Anionendesorption abnehmen. Beides wird in LiClO₄-Lösungen tatsächlich festgestellt, nicht jedoch in Li₂SO₄-Lösungen. Hieraus kann man schließen, daß zwar die Perchlorationen, nicht aber die Sulfationen von den Poly-(L-lysin)-Kationen spezifisch adsorbiert werden. Dieses unterschiedliche Verhalten ist anstheinend darauf zurückzuführen, daß die Anionen um so besser spezifisch adsorbiert werden, je stärker ihr strukturbrechender Charakter gegenüber Wasser ist (22). Sulfationen hingegen sind starke Strukturbildner, die daher offenkundig nur in einer diffusen Gouy-Chapman-Schicht vorliegen.