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Stabilität von Proteinen

Einfluss des pH-Wertes auf die Aktivität und die Löslichkeit eines Proteins

Einfluss des pH-Wertes

Extreme pH-Werte denaturieren ein Protein, weil unter diesen Bedingungen Ladungsveränderungen auftreten, die die Faltung des Proteins beeinträchtigen. Die Hitzedenaturierung und die Denaturierung durch extreme pH-Werte hängen zusammen: je stärker der pH-Wert der Lösung vom optimalen pH-Wert für ein Protein abweicht, desto sensibler reagiert das Protein auf Temperaturerhöhung. Für jedes Protein existiert ein optimaler pH-Wert, an dem dieses Protein seine maximale Aktivität in Lösung aufweist. Dieser pH-Wert entspricht oft dem pH der natürlichen Umgebung des Proteins. Das bedeutet allerdings nicht, dass ein Protein bei diesem pH-Wert auch seine größte Löslichkeit besitzt!

Der Zusammenhang zwischen der Löslichkeit und der Aktivität eines Proteins

Die meisten Proteine haben bei pH-Werten über ihrem isoelektrischen Punkt (IEP) eine negative Nettoladung. Wenn der pH-Wert dem IEP des Proteins entspricht, ist die Nettoladung gleich Null. Die gegenseitige Abstoßung der Moleküle untereinander ist minimal am IEP, und die Proteine tendieren zur Aggregation. Selbst für Proteine, die an ihren IEP noch in Lösung bleiben, erreicht die Löslichkeit bei diesem pH-Wert ein Minimum.

Die Aktivität eines Proteins hängt von anderen Faktoren ab. Einige Proteine besitzen säurelabile Gruppen und selbst relativ schwach saure Bedingungen führen schon zu einem Verlust der Aktivität. Bei extrem niedrigen oder hohen pH-Werten kann eine hohe Ladungsdichte die irreversible Denaturierung des Proteins verursachen. Stark saure Bedingungen (mit Temperaturerhöhung) führen zur Deaminierung von Glutamin- und Asparagin-Resten bis hin zur vollständigen Hydrolyse des Proteins. Auch bei hohen pH-Werten kommt es zu einer Reihe von chemischen Modifikationen, die häufig die Cystein-Reste eines Proteins betreffen. Hohe pH-Werte und Temperaturen führen zu einer alkalischen Hydrolyse von Proteinen.

Abb.1
Löslichkeit und Aktivität eines Proteins: Ein Beispiel
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