Химики объяснили, как коллаген динозавров мог сохраниться миллионы лет
Коллаген — белок костей и соединительной ткани — находили в окаменелостях динозавров возрастом до 195 миллионов лет. Это намного превышает обычный период полураспада пептидных связей в белках, составляющий около 500 лет.
Новое исследование MIT предлагает объяснение такой невероятной долговечности. Учёные обнаружили, что особое взаимодействие на атомном уровне защищает коллаген от атак молекул воды. Этот барьер предотвращает разрушение пептидных связей водой в процессе гидролиза.
«Мы предоставляем доказательства, что это взаимодействие не позволяет воде атаковать и разрывать пептидные связи. Это полностью противоречит тому, что происходит с обычной пептидной связью, период полураспада которой составляет всего 500 лет», — говорит Рон Рейнс, профессор химии MIT.
Водостойкость
Коллаген — самый распространённый белок у животных, он содержится не только в костях, но и в коже, мышцах и связках. Он состоит из длинных белковых нитей, которые переплетаются, образуя прочную тройную спираль.
«Коллаген — это каркас, который нас скрепляет. Что делает его таким стабильным и подходящим для этой роли — в отличие от большинства белков, он волокнистый», — поясняет Рейнс.
Пептидные связи образуются между атомом углерода одной аминокислоты и атомом азота соседней. Атом углерода также образует двойную связь с атомом кислорода, создавая карбонильную группу. У этого карбонильного кислорода есть пара электронов, не участвующих в образовании связей. Как выяснили исследователи, эти электроны могут «делиться» с карбонильной группой соседней пептидной связи.
Поскольку эта пара электронов «встраивается» в пептидные связи, молекулы воды не могут проникнуть в структуру и разрушить её.
Чтобы доказать это, команда создала две взаимопревращающиеся модели коллагена — обычную тройную спираль (trans-форму) и форму с повёрнутыми пептидными связями (cis-форму). Они обнаружили, что trans-форма не позволяла воде атаковать и гидролизовать связь. В cis-форме вода проникала внутрь, и связи разрушались.
«Пептидная связь бывает либо cis, либо trans, и мы можем менять их соотношение. Создавая незащищённую пептидную связь, мы видели, что она долго не живёт», — говорит Рейнс.
«Нет слабого звена»
Подобный обмен электронами наблюдается и в структурах белков, известных как альфа-спирали. Они также могут быть защищены от воды, но эти спирали всегда соединены более уязвимыми для гидролиза белковыми последовательностями.
«Коллаген — это сплошные тройные спирали от начала до конца. Нет слабого звена, и поэтому, я думаю, он сохраняется», — заключает Рейнс.
Ранее другие учёные предлагали иные объяснения сохранности коллагена, например, полное обезвоживание костей. «Я не могу отрицать вклад других факторов, но 200 миллионов лет — это долгий срок. Чтобы объяснить это, нужно что-то на молекулярном, на атомном уровне», — считает Рейнс.