Metastabil állapotok feltérképezése a fehérjék nyomás-hőmérséklet fázisdiagramján
Title in English
Exploring metastable states on the pressure-temperature phase diagram of proteins
Panel
Physics 1
Department or equivalent
Dept. of Biophysics and Radiation Biology (Semmelweis University)
Participants
Böde, Csaba
Starting date
2005-01-01
Closing date
2008-12-31
Funding (in million HUF)
4.350
FTE (full time equivalent)
2.52
state
closed project
Final report
Results in Hungarian
Munkánk fő célkitűzése a fehérjék nyomás-hőmérséklet fázisdiagramjának vizsgálata, a fázisdiagram metastabil régióinak felderítése, valamint a metastabil tartományok kinetikai jellemzése volt.
Az első évben meghatároztuk a tojásfehérje-lizozim, a mioglobin, apomioglobin, tormaperoxidáz és az alfa krisztallin denaturációs nyomás- és hőmérséklet-adatait. A részletes mérésekre a lizozimot szemeltük ki.
A második évben megmértük a lizozim nyomásdenaturációs pontjait különböző hőmérsékleteken. Kiszámoltuk a fázisátalakulás termodinamikai paramétereit. Összehasonlításként tanulmányoztuk a tetramer hemoglobin denaturációját ill. disszociációját, valamint a két doménből álló foszfoglicerát kináz ill. a három doménes humán szérumalbumin fehérje széttekeredését is, amelynél újdonságnak számít, hogy a félretekeredett forma még a natívnál is stabilabbnak tűnik.
A harmadik évben a lizozim nyomásdenaturációja utáni visszatekeredés során mértük a másodlagos szerkezet újraalakulásának és a közben formálódó aggregátumok megjelenésének kinetikáját. Megállapítottuk, hogy ezek a folyamatok nem írhatók le egyszerű kétállapotú rendszert feltételezve. Egy több kompartmentes modellt dolgoztunk ki, amelyik leírja az aggregáció többlépcsős jellegét. A kinetikai állandók nyomás- és hőmérsékletfüggéséből megállapítottuk az aktivációs térfogatot és az aktivációs energiát. Eredményeinket eddig 6 cikkben publikáltuk Ezeken kívül még két cikk van előkészületben a felsorolt kinetikai eredményekből.
Results in English
The main aim of the work was the study of the pressure-temperature phase diagram of the proteins, in order to explore metastable regions on the diagram, and to characterize the kinetics of the structural changes in these metastable regions.
In the first year the denaturation temperatures and pressures were detected for hen egg white lysozyme, myoglobin, apomyoglobin, horseradish peroxidase and alpha crystallin. Lysozyme was selected for further detailed study.
In the second year the pressure denaturation of lysozyme was measured at different temperatures, in order to construct the phase diagram. The thermodynamic parameters of the phase transitions were determined. For comparison the pressure denaturation of the tetrameric hemoglobin, the two-domain phosphoglycerate-kinase and the three-domain human serum albumin were also measured. In the latter case an interesting feature has been found, namely that the misfolded form was more stable than the native one.
In the third year we measured the kinetics of the refolding and aggregation after a pressure unfolding. These processes could not be described by a simple two-state model. A multi-compartment model was developed to describe the successive steps of the process. We calculated the activation volume and activation energy, using the pressure and temperature dependence of the kinetic constants.
The results have been published in 6 articles in peer-reviewed journals. Two other papers are in preparation.
Smeller, L.: Refolding studies using pressure as a mild denaturing agent, Trends in High Pressure Protein Science (Konf. abstr. könyv), 2005
Smeller, L., Fidy, J., Heremans, K.: Aggregation-prone intermediate protein structures on the refolding pathway, European Biophysics Journal 34 pp795, 2005
Böde Cs; Tölgyesi F; Smeller L; Kim KK; x C; Heremans K; Fidy J: Importance of the quaternary structure in the chaperon function of small heat-schock proteins, FEBS Journal, 272 350-351 Suppl, 2005
Meersman, F., Smeller, L., Heremans, K.: Extending the pressure-temperature state diagram of myoglobin, Helvetica Chimica Acta 88 546-556, 2005
Meersman, F., Smeller, L., Heremans, K.: Protein stability and dynamics in the pressure-temperature plane, Biochimica et Biophysica Acta-Proteins and Proteomics 1764 346-354, 2006
Schay, G., Smeller, L., Tsuneshige, A, Yonetani, T., Fidy, J.: Allosteric effectors influence the tetramer stability of both R- and T-states of hemoglobin A, Journal of Biological Chemistry 281 25972-25983, 2006
Smeller, L.: On the existence and stability of intermediate conformations in the pressure unfolded-refolded proteins, 44th EHRPG Conference Abstract Book, 2006
Smeller, L., Meersman, F., Heremans, K.: Refolding studies using pressure. The energy landscape of lysozyme in the pressure-temperature plane, Biochimica et Biophysica Acta-Proteins and Proteomics 1764 497-505, 2006
Solymosi K; Smeller L; Ryberg M; Sundquist C; Fidy J; Böddi B: Molecular rearrangement in POR mecrodomains as a reason for the blue shift of chlorophyllide fluorescence observed after phototransformation, Biochimica et Biophysica Acta Biomembranes 1768, 1650-1658, 2007
Smeller L; Meersman F; Heremans K.: Stable misfolded states of human serum albumin revealed by high-pressure infrared spectroscopic studies, Eur Biophys J (közlésre elfgadva) DOI 10.1007/s00249-008-0277-0, 2008
