Исследователи из Массачусетского технологического института выяснили, что особое взаимодействие на атомном уровне защищает коллаген от молекул воды. Это не позволяет воде разрушать пептидные связи в процессе гидролиза.

Профессор химии в MIT Рон Рейнс отмечает, что это взаимодействие препятствует расщеплению пептидных связей под воздействием воды, что противоречит обычному периоду полураспада в 500 лет.

Старший автор нового исследования — Рейнс. Это исследование опубликовано в журнале ACS Central Science.

Другие авторы:

• Цзиньи Ян (Jinyi Yang PhD '24), постдок MIT, ведущий автор работы;
• Волга Коджасой, постдок Массачусетского технологического института;
• Джерард Портер, аспирант.

Волокнистый и водостойкий

Коллаген — самый распространённый белок в организме животных. Он есть не только в костях, но и в коже, мышцах и связках. Молекулы коллагена переплетаются между собой, образуя прочную спираль.

Рейнс говорит, что коллаген — это строительный каркас нашего организма. Белок стабилен и хорошо подходит для этой роли, потому что он волокнистый, в отличие от большинства других белков.

За последние десять лет палеобиологи нашли доказательства существования коллагена в окаменелостях динозавров. Возраст находок — 80 и почти 200 миллионов лет.

Сотрудники лаборатории Рейнса 25 лет изучали коллаген и его функционирование. Они выяснили, почему пептидные связи коллагена устойчивы к разрушению водой.

Пептидные связи образуются между атомами углерода и азота соседних аминокислот. Атом углерода также связан с атомом кислорода, образуя карбонильную группу. У атома кислорода есть пара свободных электронов. Эти электроны могут быть использованы соседней пептидной связью.

Благодаря этой паре электронов молекулы воды не могут проникнуть в структуру и разрушить связь.

Учёные создали два взаимопревращающихся имитатора коллагена: транс-форму, устойчивую к воде, и цис-форму, в которую вода проникает и разрушает связи.

Пептидная связь может быть либо цис-, либо транс-. Регулируя соотношение этих форм, можно имитировать естественное состояние коллагена или создать незащищённую пептидную связь, которая недолговечна.

Слабого звена нет

В белковых структурах, известных как альфа-спирали, также наблюдается совместное использование электронов. Эти спирали могут быть защищены от воды, но они всегда соединены более открытыми белковыми последовательностями, которые подвержены гидролизу.

Коллаген состоит только из тройных спиралей, — говорит Рейнс. — В нём нет слабых звеньев, поэтому он сохранился.

Учёные предлагали разные объяснения того, почему коллаген мог сохраниться миллионы лет. Рейнс считает, что для объяснения этого феномена нужно учитывать факторы на молекулярном и атомном уровне.