БИОХИМИЯ, 2003, том 68, вып. 10, с. 1423–1435

УДК 577.122

Гидратационные свойства молекулярного шаперона α-кристаллина в хрусталике быка

© 2003 М.А. Бабижаев 1,2*, Г.М. Николаев 3, С.Н. Горячев 3, И. Бурс 4, Р. Мартин 5

Innovative Vision Products, Inc.

Московский институт глазных болезней им. Г. Гельмгольца

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, биологический факультет, кафедра биофизики

Institute of Experimental Ophthalmology University of Bonn

Healthy LLC

Поступила в редакцию 21.01.2002
После доработки 08.04.2003

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ЯМР-спиновое эхо, хрусталик быка, шаперон, α-кристаллин, изоэлектрическое фокусирование, гидратация белка, супергидратация.

Аннотация

Проведены топографические исследования фракций кристаллинов в различных морфологических слоях хрусталика молодого и взрослого быка. Используя метод тонкослойного изоэлектрического фокусирования в полиакриламидном геле (ИЭФ), получены профили кристаллинов для каждого слоя хрусталика. Водорастворимые (ВР) кристаллины из экваториальной зоны хрусталика разделяются на высокомолекулярные (ВМ) αL-, βH-, βL-, βS– и γ-кристаллины. Исследование природы водонерастворимой (ВН) белковой фракции в выделенных слоях хрусталика выявило агрегированное состояние αL-, βL-, βS– и γ-кристаллинов, скрытых в центральной полости шаперона α-кристаллина, в различных областях хрусталика. Данные ИЭФ указывают на шапероноподобную функцию (предотвращение агрегации белков) α-кристаллина в ядре и внутреннем кортексе хрусталика, однако не в его наружных кортикальных слоях. Используя различные методики, изучали связывание воды α-кристаллином хрусталика быка, коллагеном кожи теленка и бычьим сывороточным альбумином (БСА). Поглощение воды оценивали волюметрически в экспериментах по десорбции под высоким вакуумом, а также гравиметрически в экспериментах с контролируемой газовой средой. Для изучения гидратации образцов белка и определения времен спин-спиновой релаксации (T2) протонов воды, абсорбированной на белках, использовали метод ЯМР-спиновое эхо. Изолированные хрусталики белка рассекали на 11–12 морфологических слоев (от переднего кортекса через ядро к заднему кортексу) и содержание воды измеряли в отношении к сухому весу белков в индивидуальных слоях. При относительной влажности P/P0 = 0,75, α-кристаллин не абсорбировал воду, что указывает на экспонирование гидрофобных участков белка в водный раствор. При относительной влажности P/P0 = 1,0 поглощение воды α-кристаллином составляло 17% при однокомпонентном характере спинового эха (T2 = 3 мс). Добавление воды к α-кристаллину до содержания около 50% по весу, увеличивало показатель T2 = 8 мс с одной единственной компонентой спада сигнала спинового эха. Однокомпонентный характер спада сигнала спинового эха указывает на прочное связывание воды α-кристаллином. При относительной влажности P/P0 = 1,0 коллаген и БСА абсорбировали соответственно 19,3 и 28% воды и показывали двухкомпонентную кривую спада с показателем T2 около 5 и 40 мс соответственно. Эти результаты указывают на наличие двух фракций воды в коллагене и БСА, которые пространственно разделены. Данные ИЭФ указывают на прочное связывание воды α-кристаллином со сходным распределением воды в слоях хрусталика. Таким образом, показано, что α-кристаллин иммобилизует воду в большей степени, чем другие белки, такие как коллаген и БСА. Указанные результаты проливают свет на структурные свойства α-кристаллина и его способность к супергидратации и имеют важные приложения для понимания механизма шапероноподобного действия указанного белка в хрусталике и внеглазных тканях организма.

Текст статьи

Пожалуйста, введите код, чтобы получить PDF файл с полным текстом статьи:

captcha

Сноски

* Адресат для корреспонденции и запросов оттисков.