Thermodynamic and kinetic examination of protein stabilization by glycerol

Abstract

The effect of concentrated glycerol on the thermal transitions of chymotrypsinogen and ribonuclease has been examined by differential spectrophotometry at 293 and 287 mm, respectively. It was found that for both proteins addition of glycerol raises the transition temperature, the increase in Tm being greater for ribonuclease than for chymotrypsinogen. This increase in the free energy of denaturation appears to reflect primarily a decrease in the entropy change. Analysis in terms of the Wyman linkage equation shows that, for both proteins, the exclusion of glycerol from the protein domain increases on denaturation i.e., the chemical potential of glycerol becomes even more positive when the protein unfolds relative to the native structure. This provides the thermodynamic stabilization free energy. Results of the kinetic examination of the slow unfolding reaction are consistent with the concept that the preferential exclusion of glycerol is related, at least in part, to enhanced solvent ordering.

Structural Insights into Adeno-Associated Virus Serotype 5

“…4B). While a function for the AAV5-glycerol interaction is unknown, a protein-stabilizing role for glycerol is well established (74,75). The localization of this ligand between two surface loops which differ in structure between AAV5 and the other AAVs, VR-VII and HI, with VR-VII being significantly larger than in the other viruses (Fig.…”

Octameric alcohol oxidase dissociates into stable, soluble monomers upon incubation with dimethylsulfoxide

“…The cosolvent glycerol is preferentially excluded from the protein-solvent interface and can therefore induce a decrease in volume and compressibility of the protein interior [13]. It has been suggested that a balance between repulsion of glycerol from hydrophobic surfaces of the protein and interaction with polar regions, is in fact the origin of the well known stabilizing effect of glycerol [18,19]. Besides its function as a viscogen glycerol can also induce structural changes in a protein, but this may arise from either an indirect effect of glycerol on the hydration layer or the same repulsion mechanism [20].…”

Efeito da composição do solvente sobre a estabilidade de proteínas em soluções aquosas

“…De fato, vários trabalhos têm mostrado que os osmólitos estabilizam proteínas contra caotrópicos 36,37,58,59 , acidez 54,58,60,61 , diminuições 5,58 ou elevações na temperatura 58,60,62,63 , altas pressões 58 e baixa atividade de água 52,58 . Os osmólitos elevam a energia livre de desnaturação das proteínas, de tal forma que ΔG°N oDo > ΔG°N wDw 32,[64][65][66][67][68] . A explicação mais ampla e aceita para esse efeito foi fundamentada na interação preferencial da água com a proteína 21 , com base na teoria das funções de Wyman 69,70 , que permitiu construir a relação (16) onde K é a constante de equilíbrio de uma reação reagente produto, que é modulada por um ligante x; -ν x representa a associação de um ligante ao reagente e ao produto; e T, P e a j são, respectivamente, temperatura, pressão e atividade do componente j.…”

“…Esta competição é vencida pela água, ou seja, a proteína prefere ligar-se às moléculas de água que ao osmólito, que é então preferencialmente excluído da superfície da proteína, segundo um efeito que foi denominado de efeito solvofóbico 32,64,65 ou osmofóbico 71 . Este efeito pode ser explicado pela maior afinidade pela água que pela mistura osmólito-água dos grupos apolares 64,65 e do esqueleto peptídico 68 da proteína. De qualquer forma, a competição gerada entre o osmólito e a água pela proteína eleva a energia livre de hidratação tanto do estado N (ΔG°N wNo ) quanto do estado D (ΔG°D wDo ) da proteína.…”

“…Como os grupos apolares e o esqueleto peptídico estão mais expostos ao solvente no estado desnaturado que no estado nativo, o estado desnaturado é mais desestabilizado que o estado nativo da proteína, ou seja ΔG°N oDo > ΔG°N wDw (Figura 3c). Isso significa que o osmólito estabiliza o estado nativo de uma proteína em relação ao estado desnaturado 32,[64][65][66][67][68] . É possível que a estabilização osmofóbica de uma proteína esteja associada ou compreenda a ação conjunta de outros fatores, como a exclusão espacial do osmólito e alterações na constante dielétrica e na viscosidade da solução 36,37,50,[72][73][74][75] .…”