Введение к работе
Актуальность темы. Фибриллярный белок коллаген обладает -шкальными физическими, химическими и биологическими свойствами, что Зусловливает высокий интерес исследователей разных специальностей, роблема стабильности белка коллагена - основного компонента >единительных тканей обсуждается длительное время. Однако, имеющиеся шные очень разнородны, получены для разных коллагенов, различными зтодами и при различных условиях эксперимента: рН, ионная сила, шцентрация раствора белка. Структура коллагена- одна из наиболее швлекательных своим своеобразием и простотой. Общие ее черты 5рисовались уже к I960 году и свелись к двум близким трехспиральным руктурам, в которых отдельные цепи стабилизировались либо одной , либо іумя водородными связями по три остатка в цепи (триплете). Было тановлено также, что связанная с коллагеном вода служит неотъемлемым руктурным элементом коллагеновой спирали. Позднее было выдвинуто >едположение об определяющей роли стуктурно связанной воды в ергетике плавления коллагеновой спирали.
В последние годы основное внимание при исследовании факторов абилизации коллагеновой спирали уделялось анализу коллагенов ксономически далеких видов (от беспозвоночных до млекопитающих), .то показано, что существует корреляция между относительным держанием иминокислот и температурой денатурации. На основании более здних исследований общепринятой стала точка зрения, согласно которой менение термостабильности имеет энтропийную природу. В то же время щтельного изучения особенностей термодинамики плавления коллагена, алогичного тому, что было выполнено для ряда глобулярных белков, до х пор не сделано. Такую возможность предоставляют коллагены разных цов рыб и земноводных, отличающихся характеристиками среды итания.
Цель исследования состояла в изучении термостабильности коллагенов тем, чтобы получить термодинамические характеристики процесса
денатурации филогенетически различающихся коллагенов, уточнить роль иминокислотных остатков в термостабильности коллагена и изучить зависимость термостабильности коллагенов от величины заряда на молекуле коллагена, так как сам процесс фибрилогенеза находится под влиянием эффективного заряда на молекуле коллагена. Задачей данной работы было:
-
Получение однородного материала в пределах одного класса животных для большого набора коллагенов из кожи разных видов рыб. Проведение систематических исследований коллагенов рыб и земноводных с различной температурой обитания.
-
Выявление и анализ закономерностей изменения энтальпии денатурация как для каждого из видов при изменении заряда молекулы, осуществляемого вариацией рН, так и среди разных видов, отличающихся температурок обитания.
-
Уяснение значения подстраивания температуры денатурации коллагена в температуре обитания. То есть, оценка роли строения и свойств коллагена как наиболее термолабильного белкового компонента живой системы і установлении температурных границ обитания популяции.
4. Выяснений физиологических условий при которых происходит
уменьшение скорости агрегации, то есть уменьшение скорости
фибриллогенеза.
Научная новизна
Впервые показано, что зависимость энтальпии денатурационногс перехода от температуры перехода для коллагенов пресноводных видої противоположна аналогичной зависимости для глобулярных белков, т.е энтальпия перехода падает с увеличением температуры. Это объясненс принципиально различным изменением формы и конформационногс состояния макромолекулы при денатурации. Для коллагена характере! переход: развернутые - свернутые конформации, а для глобулярных белков компактная глобула - рыхлая глобула или клубок. Установлено, чтс зависимость энтальпии денатурации от температуры для холодолюбивых і
еплолюбивых животных делятся на два кластера, различающихся, в реднем, на величину порядка 12 Дж/г. Наблюдается также систематическое азличие между коллагенами морских и речных видов. Показано, что даптация к условиям солености происходит за счет увеличения количества трицательно заряженных аминокислот в полипептидной цепи коллагенов ожи морских животных по сравнению с пресноводными Трактическая значимость работы.
'никальность строения коллагена, его химических, физических и иологических свойств определяет широкий интерес к объекту в разных бластях знания: физико-химической биологии, медицине, биотехнологии, гхнологии волокнистых полимеров и экологии. Полученные в работе езультаты имеют большое значение для понимания структурной рганизации коллагенов. Знание закономерностей увеличения грмостабильности и возможность осуществления мониторинга ооперативных свойств белков важны, поскольку повышение устойчивости глков диктуется рядом задач практической биотехнологии. Установленная в аботе роль среды может быть использована в качестве практических гкомендаций в инженерии биополимеров. Обнаруженные различия в изико-химических свойствах коллагенов из разных животных могут эслужить основой для направленных исследований широко іспространенньїх заболеваний - коллагенозов, связанных с нарушениями ункционирования коллагена - основного структурного компонента всех >единительных тканей Ыробация работы и публикации.
[атериалы диссертации докладывались на международных конференциях удентов и аспирантов "Ломоносов 96" и "Ломоносов 97". Секция физики. Москва, МГУ, 1996, 1997); Основные результаты диссертации представлены 4 публикациях.
труктура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения трех іав, выводов и списка цитируемой литературы. Диссертация изложена на 7.6
6 дифференциальной адиабатической сканирующей микрокалориметрии нг страницах, содержит 16 рисунков, одну таблицу, список литературы из 51 наименований.