Lysozyme interaction with liposomes: thermodynamics of binding
Using the method of competitive analysis the interaction of lysozyme with liposomes composed of phosphatidyicholine and diphosphatidylglycerot has been studied. In terms of the lattice and continuum models of large ligand adsorption to membrane thermodynamic parameters for the protein-lipid complexe...
Saved in:
| Date: | 1999 |
|---|---|
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | English |
| Published: |
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
1999
|
| Series: | Биополимеры и клетка |
| Subjects: | |
| Online Access: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/156821 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Lysozyme interaction with liposomes: thermodynamics of binding / G.P. Gorbenko // Биополимеры и клетка. — 1999. — Т. 15, № 6. — С. 481-486. — Бібліогр.: 19 назв. — англ. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-156821 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1568212019-07-05T17:13:30Z Lysozyme interaction with liposomes: thermodynamics of binding Gorbenko, G.P. Структура и функции биополимеров Using the method of competitive analysis the interaction of lysozyme with liposomes composed of phosphatidyicholine and diphosphatidylglycerot has been studied. In terms of the lattice and continuum models of large ligand adsorption to membrane thermodynamic parameters for the protein-lipid complexes have been estimated. Lysozyme binding to liposomes containing more than 25 mot % of DPG has been found to be characterized by the positive cooperativity, originating, presumably, from the self-association of the bound protein. Методом конкурентного аналізу досліджували взаємодію лізоциму з ліпосомами, сформованими з фосфатидилхоліну та діфосфатидилгліцерину. У рамках решіткових та континуальних моделей адсорбції великих лігандів на поверхні зроблено оцінку термодинамічних параметрів утворення білок-ліпідних комплексів. Встановлено, іар взаємодія білка з ліпосомами, у яких частка дифосфатидил гліцерину складає понад 25 мол%, характеризується позитивною кооперативністю, яка може бути зумовлена самоасоціаиією молекул зв'язаного білка. Методом конкурентного анализа исследовано взаимодействие лизоцима с липосомами, состоящими из смесей фосфатидил-холина с дифосфатидил глицерином. В рамках решеточных и континуальных моделей адсорбции больших лигандов на поверхности оценены термодинамические параметры образования белок-липидных комплексов. Установлено, что при содержании дифосфатидил глицерина, превышающем 25 мол% взаимодействие лизоцима с липидным бислоем характеризуется положительной кооперативностью, обусловленной, по-видимому, самоассоциацией молекул связанного белка. 1999 Article Lysozyme interaction with liposomes: thermodynamics of binding / G.P. Gorbenko // Биополимеры и клетка. — 1999. — Т. 15, № 6. — С. 481-486. — Бібліогр.: 19 назв. — англ. 0233-7657 DOI: http://dx.doi.org/10.7124/bc.000542 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/156821 577.37 en Биополимеры и клетка Інститут молекулярної біології і генетики НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
English |
| topic |
Структура и функции биополимеров Структура и функции биополимеров |
| spellingShingle |
Структура и функции биополимеров Структура и функции биополимеров Gorbenko, G.P. Lysozyme interaction with liposomes: thermodynamics of binding Биополимеры и клетка |
| description |
Using the method of competitive analysis the interaction of lysozyme with liposomes composed of phosphatidyicholine and diphosphatidylglycerot has been studied. In terms of the lattice and continuum models of large ligand adsorption to membrane thermodynamic parameters for the protein-lipid complexes have been estimated. Lysozyme binding to liposomes containing more than 25 mot % of DPG has been found to be characterized by the positive cooperativity, originating, presumably, from the self-association of the bound protein. |
| format |
Article |
| author |
Gorbenko, G.P. |
| author_facet |
Gorbenko, G.P. |
| author_sort |
Gorbenko, G.P. |
| title |
Lysozyme interaction with liposomes: thermodynamics of binding |
| title_short |
Lysozyme interaction with liposomes: thermodynamics of binding |
| title_full |
Lysozyme interaction with liposomes: thermodynamics of binding |
| title_fullStr |
Lysozyme interaction with liposomes: thermodynamics of binding |
| title_full_unstemmed |
Lysozyme interaction with liposomes: thermodynamics of binding |
| title_sort |
lysozyme interaction with liposomes: thermodynamics of binding |
| publisher |
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України |
| publishDate |
1999 |
| topic_facet |
Структура и функции биополимеров |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/156821 |
| citation_txt |
Lysozyme interaction with liposomes: thermodynamics of binding / G.P. Gorbenko // Биополимеры и клетка. — 1999. — Т. 15, № 6. — С. 481-486. — Бібліогр.: 19 назв. — англ. |
| series |
Биополимеры и клетка |
| work_keys_str_mv |
AT gorbenkogp lysozymeinteractionwithliposomesthermodynamicsofbinding |
| first_indexed |
2025-07-14T09:09:02Z |
| last_indexed |
2025-07-14T09:09:02Z |
| _version_ |
1837612812844662784 |
| fulltext |
ISSN 0233-7657. Биополимеры и клетка. 1999. Т. 15. № 6
СТРУКТУРА И Ф У Н К Ц И И БИОПОЛИМЕРОВ
Lysozyme interaction with liposomes:
thermodynamics of binding
G. P. Gorbenko
Kharkiv State University
PI. Svobody, 4, Kharkiv, 61077, Ukraine
Using the method of competitive analysis the interaction of lysozyme with liposomes composed of
phosphatidylcholine and diphosphatidylglycerol has been studied. In terms of the lattice and continuum
models of large ligand adsorption to membrane thermodynamic parameters for the protein-lipid complexes
have been estimated. Lysozyme binding to liposomes containing more than 25 тої % of DPG has been
found to be characterized by the positive cooperativity, originating, presumably, from the self-association
of the bound protein.
I n t r o d u c t i o n . P r o t e i n - l i p i d i n t e r a c t i o n s a r e k n o w n to
p l ay a n i m p o r t a n t ro le in d e t e r m i n i n g t h e s t r u c t u r a l
a n d f u n c t i o n a l p r o p e r t i e s of b i o m e m b r a n e s [ 1 ] . P r o
t e in b i n d i n g to l ipid b i l a y e r is c h a r a c t e r i z e d b y a
n u m b e r of p e c u l i a r i t i e s , b e i n g e s s e n t i a l for t h e r m o
d y n a m i c a n a l y s i s of t h e equ i l i b r i a in p r o t e i n - l i p i d
s y s t e m s . T h e s e p e c u l i a r i t i e s o r i g i n a t e , in p a r t i c u l a r ,
f rom i) l a r g e s ize of t h e p r o t e i n , c a p a b l e of f o r m i n g
s e v e r a l s i m u l t a n e o u s c o n t a c t s w i t h t h e m e m b r a n e
s u r f a c e ; ii) s t e r i c a r e a - e x c l u d i n g i n t e r a c t i o n s b e t w e e n
a d s o r b e d p r o t e i n m o l e c u l e s ; iii) s t r o n g d e p e n d e n c e of
t h e b i n d i n g on t h e l i g a n d s h a p e , i. e. o n t h e
g e o m e t r i c a l a r r a n g e m e n t of b i n d i n g c o n t a c t s in t h e
p r o t e i n - l i p i d c o m p l e x . T o d a t e , t w o c l a s s e s of m o d e l s
for p r o t e i n a d s o r p t i o n o n s u r f a c e h a v e b e e n p r o p o s e d ,
n a m e l y l a t t i ce a n d c o n t i n u u m o n e s [ 2 — 7 ] . In t e r m s
of t h e l a t t i c e m o d e l s l ipid b i l a y e r is r e p r e s e n t e d b y a
r e g u l a r a r r a y of b i n d i n g c o n t a c t s ( s u b u n i t s ) , f o r m i n g
p r o t e i n b i n d i n g s i t e s a c c o r d i n g to t h e s i ze a n d s h a p e
of c o n t a c t r e g i o n [ 2 — 4 ]. C o n t i n u u m m o d e l s t r e a t t h e
p r o t e i n a d s o r p t i o n to s u r f a c e on t h e b a s i s of t h e
t h e o r i e s of t w o - d i m e n s i o n a l h a r d - p a r t i c l e f lu ids [7 ].
A l t h o u g h t h e s e two c l a s s e s of m o d e l s s e e m to b e m o s t
a d e q u a t e for t h e r m o d y n a m i c a n a l y s i s of p r o t e i n - l i p i d
i n t e r a c t i o n s , a m a j o r p a r t of t h e d a t a r e p o r t e d in t h e
l i t e r a t u r e h a v e b e e n a n a l y z e d w i t h i n t h e f r a m e w o r k of
t r a d i t i o n a l L a n g m u i r a p p r o a c h . H o w e v e r , b e c a u s e of
p e c u l i a r f e a t u r e s of t h e p r o t e i n - l i p i d s y s t e m s t h i s
© O. P. G O R B E N K O , I W Q
a p p r o a c h d o e s no t a l low to o b t a i n c o r r e c t q u a n t i t a t i v e
c h a r a c t e r i s t i c s of t h e p r o t e i n a s s o c i a t i o n wi th l ipid
b i l a y e r [ 4 ] .
In t h e p r e s e n t s t u d y s o m e l a t t i c e a n d c o n t i n u u m
m o d e l s of l a r g e l i g a n d a d s o r p t i o n o n s u r f a c e h a v e
b e e n e m p l o y e d to e s t i m a t e b i n d i n g p a r a m e t e r s for t h e
c o m p l e x e s of c a t i o n i c p r o t e i n l y s o z y m e w i t h l i p o
s o m e s , c o m p o s e d of n e u t r a l ( p h o s p h a t i d y l c h o l i n e
( P C ) ) a n d n e g a t i v e l y c h a r g e d ( d i p h o s p h a t i d y l g l y c e r o l
( D P G ) ) l ipid s p e c i e s . L y s o z y m e is no t a m e m b r a n e
p r o t e i n , b u t it c u r r e n t l y w i d e l y u s e d in t h e m o d e l
s t u d i e s d u e to i ts a b i l i t y t o a s s o c i a t e wi th l ip ids b y
m e a n s of e l e c t r o s t a t i c a n d h y d r o p h o b i c i n t e r a c t i o n s
[ 8 — 1 0 ] .
M a t e r i a l s a n d M e t h o d s . E g g y o l k P C a n d beef
h e a r t D P G w e r e p u r c h a s e d f rom B a k p r e p a r a t ( K h a r
kiv, U k r a i n e ) . B o t h p h o s p h o l i p i d s g a v e s i n g l e s p o t s b y
t h i n l a y e r c h r o m a t o g r a p h y in t h e so lven t s y s t e m
c h l o r o f o r m : m e t h a n o l : a c e t i c a c i d : w a t e r , 2 5 : 1 5 : 4 : 2 ,
v / v ) . Egg w h i t e l y s o z y m e w a s o b t a i n e d f rom « R e a n a l »
( H u n g a r y ) . U n i l a m e l l a r p h o s p h o l i p i d ves ic les w e r e
p r e p a r e d by t h e m e t h o d of e t h a n o l in j ec t ion . 1 ml of
t h e e t h a n o l l ip id s o l u t i o n c o n t a i n i n g a p p r o p r i a t e a m o
u n t s of P C a n d D P G w a s i n j ec t ed i n t o 13 ml of
10 m M T r i s - H C l buf fe r , p H 7 .4 , u n d e r c o n t i n u o u s
s t i r r i n g . E t h a n o l w a s t h e n r e m o v e d b y d i a l y s i s . P h o
s p h o l i p i d c o n c e n t r a t i o n w a s d e t e r m i n e d a c c o r d i n g to
t h e p r o c e d u r e of B a r t l e t t [ 1 1 ] . L y s o z y m e b i n d i n g to
l i p o s o m e s w a s m o n i t o r e d u s i n g t h e m e t h o d of c o m
pe t i t ive a n a l y s i s , d e s c r i b e d in d e t a i l p r e v i o u s l y [ 1 2 —
Н ] .
481
G O R B E N K O G. P.
Results and Discussion. I n o r d e r to follow l y s o
z y m e i n t e r a c t i o n w i t h l i p o s o m e s a c o m p e t i t i o n b e
t w e e n t h e p r o t e i n a n d f l u o r e s c e n t p r o b e 4 - ( d i m e -
t h y l a m i n o s t y r y l ) - 1 - m e t h y l p i r i d i n e я - t o l u e n e s u l f o n a t e
( D S M ) for t h e b i n d i n g s i t e s o n t h e b i l a y e r s u r f a c e h a s
b e e n e x a m i n e d . S u c h a c o m p e t i t i o n m a n i f e s t s i tself in
t h e d e c r e a s e of f l u o r e s c e n c e i n t e n s i t y of m e m b r a n e -
b o u n d D S M u p o n a d d i t i o n of t h e p r o t e i n [ 1 1 , 1 2 ] .
T y p i c a l c u r v e s i l l u s t r a t i n g t h e p r o b e d i s p l a c e m e n t b y
l y s o z y m e a r e p r e s e n t e d in F i g . 1. P r e v i o u s s t u d i e s
h a v e s h o w n . t ha t in l i p o s o m a l m e m b r a n e s t h e r e e x i s t
two t y p e s of D S M b i n d i n g c e n t e r s [ 1 5 ] . A s s u m i n g
tha t t h e c e n t e r s of o n l y o n e t y p e a r e r e s p o n s i b l e for
t he c o m p e t i t i o n e f fec t s , a n a p p r o a c h to t h e e s t i m a t i o n
of t h e p r o t e i n b i n d i n g p a r a m e t e r s h a s b e e n d e v e l o p e d
[ 1 3 , 1 4 ] . I n t h e p r e s e n t w o r k t h i s a p p r o a c h h a s b e e n
e x t e n d e d to t h e c a s e of c o m p e t i t i o n for b o t h t y p e s of
DSM b i n d i n g c e n t e r s . T h e f i rs t s t e p of t h e d a t a
a n a l y s i s c o n s i s t s in t h e e s t i m a t i o n of t h e f r ac t ion of
s u r f a c e a r e a , o c c u p i e d by t h e p r o t e i n (Ф) f rom
e x p e r i m e n t a l d e p e n d e n c i e s of D S M f l u o r e s c e n c e i n
t e n s i t y (Ip) o n t h e p r o t e i n c o n c e n t r a t i o n (P). F l u o
r e s c e n c e i n t e n s i t y of D S M b o u n d to t h e s i t e s of two
t y p e s c a n b e r e p r e s e n t e d b y :
(1)
Fig. 1. The change of DSM fluorescence intensity in the presence of
lysozyme. DPG content, mol%: / — 5; 2 — It ; J — 25; 4 — 43;
5 — 67; 6 — 100. Lipid concentration, /<M: / — 67; 2 — 92; J —-
12; 4 — 5; 5 — 1; 6 — 2. The probe concentration is 5 /<M. The left
Y-axis corresponds to the curves 2 and 6. I{) is DSM fluorescence
intensity in the absence of lysozyme, 7 p is DSM fluorescence intensity
upon the protein addition
w h e r e В В 2 a r e t h e c o n c e n t r a t i o n s of t h e p r o b e , fn
f2 a r e f l u o r e s c e n c e i n t e n s i t i e s of o n e m o l e of t h e p r o b e
b o u n d to t h e c e n t e r s of t h e f i r s t a n d s e c o n d t y p e ,
r e spec t i ve ly ( n o t e t h a t f l u o r e s c e n c e of D S M in s o l u
t ion is neg l ig ib ly s m a l l c o m p a r e d to t h a t in l ipid
b i l a y e r ) . T h e c o n c e n t r a t i o n of f ree p r o b e (Zf) is g iven
by :
482
LYSOZYME INTERACTION WITH LIPOSOMES
U s i n g t h e v a l u e of Bn o b t a i n e d in s u c h a w a y ,
f rom t h e eq. ( 1 ) , (4) a n d (5) o n e c a n f ind Ф v a l u e ,
c o r r e s p o n d i n g to a g iven f l u o r e s c e n c e i n t e n s i t y Ip.
P a r a m e t e r s N , , N2, AT,, K2, f{, f2 for l i p o s o m e s u n d e r
s t u d y h a v e b e e n d e t e r m i n e d p r e v i o u s l y [ 1 3 ] . F r o m
e x p e r i m e n t a l c u r v e s IP(P) m e a s u r e d a t 5 — 8 c o n
c e n t r a t i o n s of e a c h t y p e of l i p o s o m e s t h e d e p e n d e
nc i e s Ф(Р) h a v e b e e n o b t a i n e d . S e c o n d s t e p of t h e
d a t a t r e a t m e n t w a s a i m e d a t t h e d e t e r m i n a t i o n of t h e
b i n d i n g p a r a m e t e r s c h a r a c t e r i z i n g t h e c o m p l e x e s of
l y s o z y m e w i t h l i p i d s - a s s o c i a t i o n c o n s t a n t (KJ a n d a
n u m b e r of l ipid m o l e c u l e s p e r m o l e c u l e of t h e b o u n d
p r o t e i n in). In a n a l y z i n g e x p e r i m e n t a l r e s u l t s t w o
l im i t i ng c a s e s , c o r r e s p o n d i n g to t h e l i n e a r a n d d i s co id
l i g a n d s h a p e , h a v e b e e n c o n s i d e r e d . W i t h i n t h e f ra
m e w o r k of t h e l a t t i c e m o d e l s t h e p r o t e i n b i n d i n g to
l i p o s o m a l m e m b r a n e s , m o d e l e d a s h e x a g o n a l l a t t i ce of
l ipid m o l e c u l e s , h a s b e e n d e s c r i b e d b y t h e fo l lowing
r e l a t i o n s h i p s [2 , 3 ] :
F o r l i n e a r l i g a n d
w h e r e By F a r e t h e c o n c e n t r a t i o n s of b o u n d a n d f ree
p r o t e i n , r e s p e c t i v e l y , L is t h e t o t a l l ip id c o n c e n t r a t i o n ,
z* is t h e l a t t i c e c o o r d i n a t i o n n u m b e r (z* = 6 ) , a is t h e
p a r a m e t e r of e x c l u d e d a r e a ( a = 3 ) , со = 2V3v/n. A s
s u m i n g t h a t p r o t e i n - b i n d i n g c o n t a c t s a r e no t c l o s e -
p a c k e d (e. g. w h e n t h e p r o t e i n i n t e r a c t s o n l y w i t h o n e
k i n d of t h e l ip id spec i e s ) t h e m o d e l of d i sc b i n d i n g to
d i l u t e c e n t e r s h a s b e e n u s e d [ 4 ] :
w h e r e £ is a s h a p e - d e p e n d e n t p a r a m e t e r (e = 1 for
d i s c - l i ke l i g a n d a n d 8 - {g/n){\ + \/g)2 for r e c t a n g l e
w i t h a x i a l r a t i o g). T h e v a l u e s of Ka a n d n, p r o v i d i n g
t h e b e s t fit of t h e d a t a s e t h a v e b e e n f o u n d by
m i n i m i z i n g a func t i on :
w h e r e P0
e is t h e p r o t e i n c o n c e n t r a t i o n , d e t e r m i n e d
e x p e r i m e n t a l l y , m is t h e n u m b e r of e x p e r i m e n t a l
p o i n t s , P0
C is t h e p r o t e i n c o n c e n t r a t i o n c a l c u l a t e d for
a g iven se t of t h e p a r a m e t e r s n a n d Ka, P0
C = В + F;
В=ФЬ/п t h e v a l u e of F w a s d e r i v e d f rom eqs .
(9) — ( 1 2 ) .
A s c a n be s e e n in T a b l e , for b o t h t y p e s of t h e
m o d e l s u s e d t h e va lue of n d r a m a t i c a l l y d e c r e a s e d
w i t h t h e i n c r e a s i n g D P G c o n t e n t in t h e l ip id b i l a y e r ,
a n d in s o m e c a s e s n t e n d e d to z e r o u p o n f i t t ing . S u c h
a b e h a v i o u r of t h i s p a r a m e t e r m a y , in p r i n c i p l e , b e a
c o n s e q u e n c e of a n i n c r e a s e of t h e p a c k i n g d e n s i t y of
p r o t e i n m o l e c u l e s a t t h e b i l a y e r s u r f a c e . H o w e v e r ,
t a k i n g i n t o a c c o u n t t h e c r o s s - s e c t i o n of l y s o z y m e (ca.
2 7 0 0 A 2 ) [ 1 6 ] , c o r r e s p o n d i n g to a n a r e a of ca . 39 P C
m o l e c u l e s ( 5 P C 7 0 A 2 ) o r ca . 2 3 m o l e c u l e s of D P G
(SDP0 ~ 120 A 2 ) [ 1 7 ] t h e v a l u e s of n < 1 s e e m to b e
u n r e a s o n a b l e . A s s u m p t i o n t h a t l y s o z y m e b i n d s to
d i l u t e c e n t e r s ( t h i s m a y b e t h e c a s e w h e n t h e p r o t e i n
f o r m s o n l y e l e c t r o s t a t i c c o n t a c t s w i t h D P G h e a d -
g r o u p s ) d o e s n o t i m p r o v e t h e s i t u a t i o n . D r a s t i c d e
c r e a s e of n r e f l ec t s t h e s t e e p e n i n g of t h e b i n d i n g
c u r v e s , t h a t c a n s t e m , in p a r t i c u l a r , f rom t h e c o o p e -
ra t iv i ty of b i n d i n g p r o c e s s . C o o p e r a t i v e effects h a v e
b e e n c o n s i d e r e d in t e r m s of t h e l a t t i c e m o d e l of l i n e a r
l i g a n d a d s o r p t i o n to m e m b r a n e , d e s c r i b e d b y r e l a
t i o n s h i p s [ 4 ] :
w h e r e rj is t h e c o o p e r a t i v i t y p a r a m e t e r . A p p l i c a t i o n of
t h i s m o d e l y i e l d s r a t h e r r e a s o n a b l e e s t i m a t e s of n
( T a b l e ) a n d a l lows to a s s u m e t h a t u p o n D P G c o n t e n t
e x c e e d i n g 2 5 m o l % l y s o z y m e b i n d i n g to l i p o s o m e s is
c h a r a c t e r i z e d b y a pos i t ive c o o p e r a t i v i t y (rj ~ 1.2—
1.3). I n t h i s c o n t e x t it s e e m s of i m p o r t a n c e to n o t e
t h a t c o o p e r a t i v e p h e n o m e n a a r e w i d e s p r e a d in
b io logica l s y s t e m s a n d p l a y s ign i f i can t r o l e in t h e
i n t e r a c t i o n of t h e p r o t e i n s wi th s m a l l l i g a n d s a n d
4 8 3
G O R B E N K O G. P.
Parameters of lysozyme binding to liposomes
*Unsuceessful fitting.
4 8 4
LYSOZYME INTERACTION WITH LIPOSOMES
m a c r o m o l e c u l e s [ 1 8 , 1 9 ] . O n e of t h e m o s t p r o b a b l e
r e a s o n for t h i s effect is t h e s e l f - a s s o c i a t i o n of b o u n d
p r o t e i n . T h e fact t h a t c o o p e r a t i v i t y is n o t o b s e r v e d a t
t h e low m o l e p e r c e n t of D P G c ou ld b e i n t e r p r e t e d a s
fol lows. I n c r e a s e of t h e s u r f a c e c h a r g e d e n s i t y of t h e
l ipid b i l a y e r c a n r e s u l t in i) e n h a n c i n g t h e s c r e e n i n g
of t h e ne t p r o t e i n c h a r g e a n d ii) i n c r e a s i n g t h e
a m o u n t of t h e b o u n d p r o t e i n m o l e c u l e s p e r un i t of t h e
m e m b r a n e a r e a . At a c e r t a i n D P G c o n t e n t ( in o u r
c a s e ca . 2 5 m o l % ) t h e s u p e r p o s i t i o n of t h e s e effects
m a y l e a d to a p p e a r a n c e of t h e c o n d i t i o n s f a v o u r a b l e
for t he f o r m a t i o n of t h e p r o t e i n a s s o c i a t e s . In t h i s
r e spec t it s e e m e d of i n t e r e s t to a n a l y z e t h e d a t a in
t e r m s of t h e c o n t i n u u m m o d e l for t h e a d s o r p t i o n of a
l a r g e s e l f - a s s o c i a t i n g l i g a n d to a s u r f a c e [7 ]. T h e
m a i n r e l a t i o n s h i p s of t h i s m o d e l c a n b e w r i t t e n a s :
w h e r e Ф = Ф, + Ф 2 a n d q = R*/Rj Rz a n d R; a r e t h e
r ad i i of t h e c i rc les r e p r e s e n t i n g z - m e r a n d m o n o m e r ,
r e spec t ive ly , KJz is t h e c o n s t a n t c h a r a c t e r i z i n g t h e
f o r m a t i o n of z-mer. I n t h e c a s e w h e n a r e a is c o n
s e r v e d o n s e l f - a s s o c i a t i o n q = z 1 2 . T h e c o m p l e x i t y of
th is m o d e l d o e s no t a l low to a s c e r t a i n t h e s e t of t h e
p a r a m e t e r s (Ka, n , Kls, z) u n e q u i v o c a l l y , b u t w e h a v e
m a d e a n a t t e m p t to o b t a i n s o m e s e m i - q u a n t i t a t i v e
e s t i m a t e s . T h e d a t a t r e a t m e n t p r o c e d u r e w a s b a s e d
on the ca l cu l a t i on of Ф г (Ф, = Ф — Ф г ) b y n u m e r i c a l
so lu t ion of t h e eq. (15) w i t h t h e s u b s e q u e n t e v a l u a t i o n
of F (eq. ( 1 4 ) ) , В a n d / (eq. ( 1 3 ) ) . T h e v a l u e of n
was pu t e q u a l to SP/Sa, w h e r e Sa is t h e m e a n a r e a p e r
lipid h e a d g r o u p (Su = ( S F G / * + SDPG)/(J* + 1 ) , / * is t h e
m o l a r r a t io P C to D P G ) , w h i l e Klz w a s v a r i e d in t h e
r a n g e 0 . 0 1 — 4 0 ( t h e u p p e r l imi t w a s d e t e r m i n e d by
t h e r e q u i r e m e n t Ф, > 0 ) . U n d e r s u c h c o n d i t i o n s s o m e
s e t s of t h e p a r a m e t e r s {Ka> Klz, z) c o r r e s p o n d i n g to a
m i n i m u m of t h e f u n c t i o n / h a v e b e e n d e r i v e d for t h e
c a s e s w h e n \?j d i f fe rs f r o m 1. As c a n b e s e e n f rom
T a b l e 1, s u c h s e t s , o b t a i n e d , in p a r t i c u l a r , for KIz =
= 1, p r o v i d e a r g u m e n t s in f a v o u r of t h e a s s u m p t i o n
t h a t p r e f e r e n t i a l fo rm of t h e p r o t e i n a s s o c i a t e s is
d i m e r , o n l y for D P G l i p o s o m e s e v i d e n c e for t e t r a m e r
f o r m a t i o n h a s b e e n o b t a i n e d . T h e e x i s t e n c e of t he
m i n i m u m of t h e f u n c t i o n / is i l l u s t r a t e d in F ig . 2
( m i n i m u m is o b s e r v e d a t z = 2) a n d F ig . 3 ( m i n i m u m
is o b s e r v e d a t z = 4 ) .
C o n c l u s i o n s . T h e r e s u l t s of t h e p r e s e n t s t u d y can
b e s u m m a r i z e d a s fo l lows . A m o n g l a t t i ce m o d e l s of
4.00 2.00
Fig. 2. Three-dimensional diagram, illustrating the dependency of
function / on Ka and z for liposomes, containing 43 mol% DPG. The
/ v a l u e s (z-axis) are given a s / - 1 0 1 3 , Ku values (left bottom axis) arc
given as Ka\0~4\ Klz= 1
10.00
3.00
Fig. 3. Three-dimensional diagram, illustrating the dependency of
function / (eq. (13)) on Ka and z for liposomes, composed of DPG.
The / v a l u e s (z-axis) are given as / 1 0 1 3 , Ka values (left bottom
axis) are given as Ka • 10~ ъ; Klz = 1
4 8 5
G O R B E N K O О P.
l a r g e l i g a n d a d s o r p t i o n to m e m b r a n e s t h e m o d e l of
c o o p e r a t i v e b i n d i n g of l i n e a r l i g a n d p r o v e d to b e m o s t
a d e q u a t e for t h e r m o d y n a m i c d e s c r i p t i o n of l y s o z y m e
i n t e r a c t i o n w i t h l i p o s o m e s . L y s o z y m e b i n d i n g to l i po
s o m a l m e m b r a n e s c o n t a i n i n g m o r e t h a n 2 5 m o l % of
D P G is c h a r a c t e r i z e d b y a pos i t ive c o o p e r a t i v i t y ,
a r i s i n g p r e s u m a b l y f rom t h e s e l f - a s s o c i a t i o n of b o u n d
p r o t e i n .
A c k n o w l e d g m e n t s . I a m v e r y g ra t e fu l to r e f e r e e
for t h e he lp fu l s u g g e s t i o n s a i m e d a t t h e a r t i c l e
i m p r o v e m e n t .
Г. 77. Горбенко
Взаємодія лізоциму з ліпосомами: термодинаміка зв'язування
Резюме
Методом конкурентного аналізу досліджували взаємодію лізо
циму з ліпосомами, сформованими з фосфатидилхоліну та
діфосфатидилгліцерину. У рамках решіткових та континуаль
них моделей адсорбції великих лігандів на поверхні зроблено
оцінку термодинамічних параметрів утворення білок-ліпідних
комплексів. Встановлено, іар взаємодія білка з ліпосомами, у
яких частка дифосфатидил гліцерину складає понад 25 мол%,
характеризується позитивною кооперативністю, яка може
бути зумовлена самоасоціаиією молекул зв'язаного білка.
Г. П. Горбенко
Взаимодействие лизоцима с липосомами: термодинамика
связывания
Резюме
Методом конкурентного анализа исследовано взаимодействие
лизоцима с липосомами, состоящими из смесей фосфатидил-
холина с дифосфатидил глицерином. В рамках решеточных и
континуальных моделей адсорбции больших лигандов на по
верхности оценены термодинамические параметры образова
ния белок-липидных комплексов. Установлено, что при содер
жании дифосфатидил глицерина, превышающем 25 мол% взаи
модействие лизоцима с липидным бислоем характеризуется
положительной кооперативностью, обусловленной, по-видимо
му, самоассоциацией молекул связанного белка.
REFERENCES
1. Sankaram М., Marsh D. Protein-lipid interactions with peri
pheral membrane proteins / / Protein-Lipid Interactions / Ed.
A. Watts.—Amsterdam: Elsevier, 1993.—P. 127—162.
2. Sfankowski S. Large ligand adsorption to membranes. I. Linear
ligands as a limiting case / / Biochim. et biophys. acta.—
1983.—735, N 3. — P. 3 4 1 — 3 5 1 .
3. Sfankowski S. Large ligand adsorption to membranes. II.
Disc-like ligands and shape dependence at low saturation / /
Biochim. et biophys. acta. — 1 9 8 3 . — 7 3 5 , N 3 .—P. 352—360.
4. Sfankowski S. Large ligand adsorption to membranes. III.
Cooperativity and general ligand shapes / / Biochim. et
biophys. acta. —1984 .—777 , N 2 .— P. 167—182.
5. Tamm L.} Barfoldus I. Antibody binding to lipid model
membranes. The large ligand effect / / Biochemistry. —1988 .—
27 .—P. 7453—7458.
6. Heimburg Т., Marsh D. Protein surface distribution and
protein-protein interactions in the binding of peripheral pro
teins to charged lipid membranes / / Biophys. J .—1995.—
68.—P. 536—546.
7. С hate tier R. C, Minton A. P. Adsorption of globular proteins
on locally planar surfaces: models for the effect of excluded
surface area and aggregation of adsorbed protein on adsorption
equilibria / / Biophys. J. —1996 .—71 .—P. 2367—2374 .
8. Образцов В. В., Тенчов Б. Г., Данилов В. С. Влияние
белоклипидного взаимодействия на структуру искусствен
ной везикулярной мембраны / / Докл. АН СССР. —1976 .—
227, № 3 .—С. 735—738.
9. Образцов В. В., Селищева А. А., Козлов Ю. 77. О влиянии
конформации молекулы белка на характер его взаимо
действия с фосфолипидным бислоем / / Биофизика.—
1983.—28, № 3 .—С. 412—417.
10. Posse E.t De Arcuri В., Morero R. Lysozyme interactions with
phospholipid vesicles: relationships with fusion and release of
aqueous content / / Biochim. et biophys. acta. —1994. —1193 ,
N 2.—P. 101 — 106.
11. Кейтс M. Техника липидологии.—M.: Мир, 1975.—322 с.
12. Горбенко Г. 77. Применение метода конкурентного анализа
для исследования белоклипидных взаимодействий / / Укр.
биохим. журн.—1994 .—66, № 3 . — С. 99—104 .
13. Горбенко Г. П. Конкурентное взаимодействие флюорес
центного зонда 4-(я-диметиламиностирил)-1 -метилпири-
диний /г-толуолсульфоната и лизоцима с липосомами / /
Биофизика.—1996 .—41, № 2 .—С. 355—362 .
14. Горбенко Г. 77. Исследование взаимодействия рибонук-
леазы с липосомами методом конкурентного анализа / /
Укр. биохим. журн. — 1 9 9 6 . — 6 8 , № 1.—С. 55—60.
15. Горбенко Г. П., Дюбко Т. С. Взаимодействие 4- (я-диме-
тиламиностирил) -1 -метилпиридиний /z-толуодсульфоната
с липосомами: анализ спектров флюоресценции / / Био
физика .—1996 .—41, № 2 .—С. 348—354 .
16. Качалова Г. С, Панина Н. Ф., Морозов В. И., Морозова
Т. Я., Шляпникова Е. А., Атанасов Б. П. Рентгено-
флюоресцентное исследование ионного состава кристаллов
лизоцима / / Биофизика.—1995.—40, № 2.—С. 274—282.
17. Некое В. Г., Берестовский Г. Н. Динамическая структура
липидного бислоя.—М.: Наука, 1981.—296 с.
18. Perutz М. Mechanisms of cooperativity and allosteric regulation
on proteins.—Cambrige: Univ. press, 1990.—101 p.
19. Di Cera E. Thermodynamic theory of site-specific binding
processes in biological macromolecules.—Cambrige: Univ.
press, 1995.—296 p.
УДК 577.37
Received 30.09.98
4 8 6
|