MIT: Химики объяснили, почему коллаген динозавров мог храниться миллионы лет

Учёные обнаружили коллаген в окаменелостях динозавров возрастом 195 миллионов лет. Период полураспада пептидных связей, скрепляющих белки, составляет около 500 лет, но коллаген сохранился гораздо дольше.

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.

04.09.2024