Structural studies on human serum gamma-globulins and myeloma proteins. I. Fragmentation and denaturation of the globulins with detergent and alkali.†‡

The denaturation of human serum γ-globulin and myeloma protein was studied by sedimentation, viscosity, and optical rotatory dispersion methods. Sodium decyl sulfate, in alkaline solutions of pH 10.2–11.0, was found to be very effective at sufficiently high concentrations of the detergent and higher temperatures of 50°C. The macromolecules of the globulins were inflated (or unfolded) and split into fragments having molecular weight of approximately 60,000. The optical activity measurements showed that the b0 values of the native globulins were near zero, and that they became negative on denaturation and fragmentation. The levorotation thereby increased. Upon removal of the detergent by dialysis the b0 returned to zero, while the levorotation remained strongly negative. The fragments thereby tended to aggregate, especially when the pH was decreased to near neutrality. It was concluded that the structural changes occurred in the following steps: (1) Native, ordered macromolecule (2) Disorganized and fragmented macromolecule (3) Partially organized fragments (4) Strongly disorganized and aggregated fragments. A tentative schematic model of the globulin macromolecule was presented in which a non-helical order is assumed in the native state, and the detergent-alkali fragmentation and denaturation explained as chain separation and further conformational transition of the separated subunits. Die Denaturierung von Serum-γ-Globulin und Myeloma-Globulin aus Menschenblut wurde mittels der Sedimentation, Viskositat und optischen Rotationsdispersion untersucht. Alkalisch gelostes Natriumdecylsulfat mit dem pH 10,2–11,0 war bei 50°C sehr wirksam, wenn die Konzentration des Netzmittels hoch genug war. Die Makromolekule der Globuline wurden dabei gequollen (und wahrscheinlich entrollt) und in Bruchstucke mit einem Molekulargewicht von etwa 60 000 gespalten. Die Rotationsdispersionsversuche zeigten, das die b0,-Konstante der nativen Globuline sehr nahe bei Null lag und das die Werte sich in der negativen Richtung verschoben, wenn die Globuline denaturiert wurden. Dabei wurden die Losungen starker linksdrehend als diejenigen der nativen Globuline. Wenn aber die Losungen durch Dialyse von den Netzmitteln befreit wurden, lagen die b0-Werte wieder bei Null, wahrend die hohe Linksdrehung sich sehr wenig veranderte. Das Entfernen des Netzmittels war auch von Aggregierung der Bruchstucke begleitet, besonders wenn die Losung neutralisiert wurde. Es wurde daraus geschlossen, das die Strukturveranderungen in folgenden Stufen verlaufen: (1) Natives, geordnetes Makromolekul (2) desorganisiertes und gespaltenes Makromolekul (3) teilweise organisierte Bruchstucke (4) ordnungslose, aggregierte Knauel. Es wurde ein vorlaufiges, schematisches Modell vorgeschlagen, in welchem nicht eine Helixkonstellation des Makromolekuls vermutet wird und die Fragmentbildung durch Trennen der gefalteten Polypeptidketten angenommen wird. Es wird weiter vermutet, das die freien Ketten in Gegenwart des Decylsulfats zum Teil Helixkonstellation annehmen. Diese gestaltliche Molekulordnung bricht aber nach Entfernen des Netzmittels zusammen, wobei orduungslose Knuuel entstehen, die aggregieren.