Protein stabilization. Some methods and mechanisms

Abstract: Popular Abstract in Swedish Proteiner är biologiska molekyler som kan utvinnas ur olika bakterier, svampar, djur och människor. I sin naturliga miljö bidrar de bl. a. till att katalysera (snabba på) olika kemiska reaktioner (enzymer), att sköta transporten av olika molekyler, bidra till immunförsvaret och tillväxtkontroll (hormoner). Upptäckten att proteiners olika funktion kan uttnyttjas i många olika sammanhang utanför deras naturliga miljö har genom åren lett till tillväxt av biotekniska industrier för produktion av protein-molekyler. Tillämpningar av de framställda och upprenade proteinerna finns inom läkemedelsindustrin, med välkända exempel som insulin eller tillväxthormon och inom diagnostik. Inom tvättmedelsindustrin används stora mängder av olika sorters proteiner som bryter ned andra proteiner (proteaser) och fett (lipaser). Proteiner kan även användas i olika tekniska processer, t.ex. blekning av pappersmassa. Ett protein består av en lång kedja av aminosyror som, för att proteinet skall vara aktivt och funktionellt, är ihopveckad i en specifik konstruktion. Denna konstruktion bärs upp av en mängd olika sorters bindningar som är mycket känsliga för påverkan utifrån. Proteinets naturliga miljö erbjuder ett bra skydd mot nedbrytning, med bl.a. lagom temperatur och rätt surhetsgrad (pH), men när ett protein produceras och sedan renas upp ökar risken för att de bindningar som håller ihop den ihopveckade proteinkedjan skall brytas och konstruktionen falla samman. När den ihopveckade kedjan vecklar ut sig (denatureras) blir konstruktionen ännu mer känslig än tidigare för olika nedbrytningsmekanismer, och i vissa fall leder det till att kedjan inte kan veckla ihop sig igen till sin rätta konstruktion. När detta händer har proteinet med all sannolikhet förlorat sin funktion och blir värdelöst för tillverkaren eller användaren. Därför har det på senare år blivit allt viktigare att hitta sätt att behålla proteiners aktiva konstruktion under produktion, förvaring och användning. Denna avhandling behandlar till stor del de olika processer som kan leda till inaktivering av ett protein och tar upp kända metoder för stabilisering av proteiner. Målet med mitt arbete har till största delen varit att undersöka hur olika tillsatsämnen kan förhindra denaturering och inaktivering av proteiner samt att få en ökad förståelse för den bakomliggande orsaken till att dessa ämnen stabiliserar ett protein. Den stabiliserande inverkan av att koppla fast proteiner på en vattenlöslig polymer har också undersökts. I ett fall undersöktes den bakomliggande orsaken till att sorbitol, en sockerliknande molekyl, förhindrar denaturering av proteiner. I en annan studie undersöktes effekten av en polymer, polyetylenimin, på stabiliteten hos ett protein, laktatdehydrogenas. När det var fastställt att polymeren hade en bra stabiliseringsförmåga gjordes vidare olika undersökningar för att fastställa vilka effekter polymeren kan tänkas ha på proteinkonstruktionen för att ge den dess ökade stabilitet. För att studera dessa effekter och eventuella interaktioner mellan stabiliseringsämne och protein har olika analysmetoder använts. Dessa kan på ett säkert sätt detektera skillnader mellan proteinets ihopveckade och denaturerade struktur och ge information om interaktioner mellan molekylerna. De uppnådda resultaten kommer förhoppningsvis att bidra till den ökade förståelsen för vilka mekanismer som ligger till grund för vissa tillsatsämnens stabiliseringsförmåga. Denna kunskap kan sedan ligga till grund för design av nya och ännu mer effektiva stabiliseringssystem, eventuellt med kombinationer av stabiliserande ämnen för att uppnå önskad effekt.